ansys建立隧道三维模型
隧道模型创建的方法
隧道模型创建的方法
隧道模型是建筑、交通工程等领域中常用的一种模型。
它用来展现一个隧道的外形和内部构造，通常包括隧道的长度、宽度、高度、坡度等方面的信息。
下面介绍几种常见的隧道模型创建方法。
1. CAD软件建模法
CAD软件是一种常用的建筑设计软件，可以用来创建3D隧道模型。
首先需要准备好隧道设计图纸，然后使用CAD软件按照设计图纸绘制出隧道的外形和内部构造。
在建模的过程中，需要注意细节，例如隧道的坡度和变化处的转角等。
这种方法能够创建出高精度的隧道模型，但需要一定的CAD软件操作技巧。
2. 模型制作法
模型制作法是一种传统的隧道模型创建方法，需要使用各种材料手工制作出真实的模型。
制作过程包括设计、切割、拼接等步骤，需要一定的手工技巧和经验。
这种方法能够创建出真实感强、立体感强的隧道模型，适合展示和教学用途。
3. 三维打印法
三维打印技术是近年来兴起的一种快速制造技术，可以用来创建复杂的3D隧道模型。
首先需要将设计图纸转换为3D模型文件，然后使用3D打印机打印出模型。
这种方法制作速度快、成本低，适合小批量制作。
但是由于3D打印技术的限制，隧道模型的精度和细节可能存在一定的不足。
总之，隧道模型的创建方法多种多样，选择哪种方法主要取决于需求和制作条件。
无论哪种方法，都需要注重细节和精度，以确保模型的真实性和可用性。
隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟
隧道衬砌支护结构的ANSYS数值模拟摘要：为了确保隧道施工及运行的安全性，必须对其支护结构进行受力分析。
本文以城市长大隧道为例，基于ANSYS有限元分析软件平台建立隧道支护的荷载—结构模型，并从结构变形、弯矩、轴力和剪力等方面实现对隧道支护结构的数值模拟，从分析结论及安全性的角度出发，为隧道结构的优化设计和现场施工提供依据和指导。
关键词：隧道；支护结构；ANSYS；数值模拟目前，伴随岩土力学的发展和计算机的普遍使用及其性能的不断提高，有限元数值分析已成为隧道结构分析中发展最迅速的方法。
在参数选取合理的情况下，通过对隧道开挖过程进行仿真分析，可判定隧道围岩应力大小以及应力区和塑性区的范围，能够预测隧道施工中的险情，保证隧道施工安全和稳定性。
一、有限元数值模拟方法有限元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元并设定节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，在每一个单元中假设一近似差值函数以表示单元场中场函数的分布规律，利用力学中的某些变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的自由度问题，一经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数[1]。
在实际工程应用中，有限元法可以考虑岩土介质的非均匀性、各向异性、非连续性和几何非线性等，适用于各种边界条件，结合大型通用有限元软件ANSYS能较好实现隧道结构的数值计算。
基本建模流程包括选择分析模型类别、创建物理环境、建立模型和划分网格、施加约束和荷载、建立有限元模型、求解和后处理等。
当前，对隧道支护结构体系一般按照荷载—结构模型进行演算，分析过程中将围岩视为隧道结构上的荷载，且为结构本身的一部分，两者间的相互作用通过围岩的弹性支撑对结构施加约束来实现。
二、隧道结构受力分析实例2.1 设计概况目标隧道为双向六车道设计，含多种断面衬砌类型，围岩级别Ⅲ～Ⅵ级。
隧道ansys计算程序算例_荷载结构模式
选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的别岩槽隧道某断面.该断面设计单位采用的支护结构如图3-3所示。
为保证结构的安全性.采用了荷载—结构模型.利用ANSYS 对其进行计算分析。
主要参数如下：●隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm.隧道仰拱衬砌厚度为85cm。
●采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。
●隧道围岩是Ⅳ级,洞跨是5.36米.深埋隧道。
●隧道仰拱下承受水压.水压0.2MPa。
图 3-3 隧道支护结构断面图隧道围岩级别是Ⅳ级.其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表3-3所示。
根据《铁路隧道设计规范》.可计算出深埋隧道围岩的垂直匀布力和水平匀布力。
对于竖向和水平的分布荷载.其等效节点力分别近似的取节点两相临单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布荷载的总和。
自重荷载通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向载置换为等效节点力,分解为水平竖直方向加载。
3.3.3 GUI操作方法3.3.3.1 创建物理环境1) 在【开始】菜单中依次选取【所有程序】/【ANSYS10.0】/【ANSYS Product Launcher】.得到“10.0ANSYS Product Launcher”对话框。
2）选中【File Management】.在“Working Directory”栏输入工作目录“D:\ansys\example301”.在“Job Name”栏输入文件名“Support”。
3）单击“RUN”按钮.进入ANSYS10.0的GUI操作界面。
4）过滤图形界面：Main Menu> Preferences.弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框.选中“Structural”来对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
5）定义工作标题：Utility Menu> File> Change Title.在弹出的对话框中输入“Tunnel Support Structural Analysis”.单击“OK”.如图3-4所示。
ansys隧道内力命令流
asbw,all !用工作平面切割所选择的所有面
*enddo
asel,s,,,14,15,1 !选择面
esize,
amesh,11 !划分11号面
!划分围岩网格
!设置网格份数
lsel,s,,,5,11,1 !选择线
lsel,a,,,13,15,1
adele,1 !删除面
NUMCMP,AREA !压缩面编号
!生成锚杆
asel,s,,,14 !选择面14
l,77,74
l,75,68
l,74,69
l,73,70
l,71,64
l,70,65
l,69,66
l,67,60
l,66,61
l,65,62
a,60,63,79,76 !通过4个关键点生成一个面积区域
asbl,all,all !通过线分割面生成新面
*set,t1,0.25
*set,r_karst,3.6 !溶洞半径
*set,r1,2.5E-2
*afun,deg
!定义单元类型
ET,1,BEAM3 !定义衬砌支护单元
type,3
lmesh,all
allsel
!划分开挖掉土体单元网格
mat,3
type,2
mshkey,0 !设定自由网格划分
mshape,0 !设定四边形网格划分
asel,a,,,19,20,1
asel,a,,,22,25,3
asel,a,,,26,28,2
asel,a,,,31,32,1
asel,a,,,34,50,2
ansys隧道开挖实例
3.4 ANSYS隧道开挖模拟实例分析3.4.1 实例描述选取新建铁路宜昌（宜）－万州（万）铁路线上的某隧道，隧道为单洞双车道，隧道正下方存在一个溶洞，隧道支护结构为曲墙式带仰拱复合衬砌。
主要参数如下：◆隧道衬砌厚度为30cm。
◆采用C25钢筋混凝土为衬砌材料。
◆隧道围岩是Ⅳ级,隧道洞跨是13m，隧道埋深是80m。
◆溶洞近似圆型，溶洞半径是3.6m,溶洞与隧道距离12.8m。
◆围岩材料采用Drucker-Prager模型。
◆隧道拱腰到拱顶布置30根25Φ锚杆。
隧道围岩的物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表3-7所示。
表3-7 物理力学指标名称容重γ（3/mkN）弹性抗力系数K（MPz/m）弹性模量E（GPa）泊松比v内摩擦角ϕ（。
）凝聚力C（MPa）Ⅳ级围岩22 300 3.60.32370.6C25钢筋混凝土25 - 29.50.15542.42锚杆79.6 - 1700.3-- 利用ANSYS提供的对计算单元进行“生死”处理的功能，来模拟隧道的分步开挖和支护过程，采用直接加载法，将岩体自重、外部恒载、列车荷载等在适当的时候加在隧道周围岩体上。
利用ANSYS后处理器来查看隧道施工完后隧道与溶洞之间塑性区贯通情况，来判断隧道底部存在溶洞情形时，实际所采用的设计和施工方案是否安全可行。
3.4.2 ANSYS模拟施工步骤ANSYS模拟计算范围确定原则：通常情况下，隧道周围大于3倍洞跨以外的围岩受到隧道施工的影响很小了，所以，一般情况下，计算范围一般取隧道洞跨3倍。
但因为本实例隧道下部存在溶洞，所以，垂直方向：隧道到底部边界取为洞跨的5倍，隧道顶部至模型上部边界为100米，然后根据隧道埋深情况将模型上部土体重量换算成均布荷载施加在模型上边界上；水平方向长度为洞跨的8倍。
模型约束情形：本实例模型左、右和下部边界均施加法向约束，上部为自由边界，除均布荷载外未受任何约束。
围岩采用四节点平面单元（PLANE42）加以模拟，初期支护的锚杆单元用LINK1单元来模拟，二次衬砌支护用BEAM3来模拟，计算时首先计算溶洞存在时岩体的自重应力场，然后再根据上述方法模拟开挖过程。
公路隧道施工过程的数值模拟及ANSYS实现
2
王文正 夏永旭 胡庆安
早就结束 ,对隧洞的开挖不产生影响 ,因此在以后的 每个施工阶段分析位移场时 ,需减去初始位移场 。
在进行结构分析时 , AN S YS 中可以使用输入 文件来把初应力指定为一种载荷 ,因此当具有实测 的初始地应力资料时 ,可将初始地应力写成初应力 载荷文件 ,然后读入 AN S YS 作为载荷条件 ,就可直 接进行第一步的开挖计算 。所得应力场和位移场就 是开挖后的实际应力场和位移场 ,无需进行加减 。 21 2 开挖与支护过程的模拟
0 引言
公路隧道研究的方法有物理实验方法 、工程类比方法和数值模 拟方法 。物理实验方法费用高 ,时间长 ,工程类比方法由于划分比 较粗造 ,与实际有时差距较大 ,因而 ,有限元数值分析方法是目前公 路隧道研究的常用方法 。但是 ,在应用有限元数值方法模拟隧道的 施工过程中 ,有关隧道围岩初始应力的释放 ,不仅需要技术 ,而且要 有一个合适的分析软件 。本文提出了“施加虚拟支撑力逐步释放 法”,并试图通过 AN S YS 分析软件完成这种围岩卸载方法的实施 。
Key words : Tunnel co nst ruction ; Nu2 merical simulation ; St ress relief
(11 长安大学公路学院 ,陕西 西安 710064 ; 21 北京市市政工程总公司 ,北京 100045)
摘 要 :正确模拟围岩的卸载过程是地下工程数值模拟的一个重要
AN S YS 程序中的载荷步 (Load Step) 功能可以 实现不同工况间的连续计算 ,用来模拟隧道的连续 施工过程方便有效 。
开始建立整体有限元模型 ,包括将来要杀死或 激活的部分 ,模拟的过程中不需重新划分网格 。在 一个载荷步计算结束后 ,可直接进行下道工序的施 工 :杀死 (开挖) 或激活 (支护) 单元 ,改变虚拟支撑力 等 ,然后求解计算 。如此继续一直到施工结束 。
基于ANSYS隧道施工过程模拟实现
基于ANSYS的隧道施工过程的模拟实现摘要：伴随着岩土力学的发展和计算机性能的提高，有限元法成为发展最迅速的用于隧道结构分析的数值计算方法。
本文以工程实例为依托，研究了ansys有限元分析软件在隧道施工过程中的模拟实现，并着重介绍了起重单元生死的运用，为实际工程应用提供一定参考。
关键词：隧道施工；ansys；模拟；单元生死中图分类号：u45 文献标识码：a一、前言为达到各种不同的使用目的，在山体或地面下修建的建筑物统称为地下工程。
地下工程的设计理论和方法经历了一个相当长的发展过程。
早在19世纪初，地下工程多以砖石材料为衬砌，用木支撑的分部开挖方法进行施工，这种设计的衬砌结构厚度偏大。
20世纪50年代，在地下工程的修建中，喷射混凝土和锚杆作为初期支护得到了广泛的应用，这样的柔性支护使开挖后的洞室围岩有一定的变形，围岩内部的应力重新进行分布，但是围岩能够发挥其稳定性，这样可大大减小衬砌结构的设计厚度。
20世纪60年代，随着计算机技术的发展和岩土本构关系的建立，地下工程结构的设计分析进入了以有限元法为主的计算机数值模拟分析时期。
二、单元生死如果模型中加入（或删除）材料，模型中相应的单元就存在（或消亡）。
单元生死选项就用于在这种情况下杀死或重新激活选择的单元。
要激活“单元死”的效果，ansys并不是将“杀死”的单元从模型中删除，而是将其刚度（或传到，或其他分析特性）矩阵乘以一个很小的因子（estif）。
单元的“出生”并不是将其加到模型中，而是重新激活它们。
三、隧道施工工程模拟的ansys实现（一）初始地应力的考虑在ansys中有两种方法可以用来模拟初始地应力。
第一种是只考虑岩体的自重应力，在分析的第一步，首先计算岩体的自重应力场。
这种方法的不足之处在于计算出的应力场与实际应力场有偏差，而且岩体在自重作用下还产生了初始位移，在继续分析后续施工时，得到的位移结果是累加了初始位移的结果，而现实中初始位移早就结束，对隧洞的开挖没有影响，因此在后面的每个施工阶段分析位移场时，需要减去初始位移场。
ansys建模实例
Ansys建模实例引言Ansys是一种广泛使用的有限元分析软件，可以用来模拟和解决各种工程问题。
本文将介绍一些Ansys的建模实例，包括常见的建模技术和步骤。
通过这些实例，读者可以了解Ansys的基本操作和建模技巧。
实例一：三维实体建模在Ansys中进行三维实体建模是常见的任务之一。
以下是一个简单的三维实体建模实例：1.打开Ansys软件并创建一个新的项目。
2.在几何建模模块中，选择“Create”来创建几何模型。
3.选择适当的几何元素，如圆柱体、球体或立方体，并指定其尺寸和位置。
4.调整模型的属性，如材料属性和边界条件。
5.运行静态或动态分析以获得解决方案。
6.分析结果可以通过数据可视化工具来展示和分析。
这个实例展示了Ansys建模的基本步骤。
读者可以根据自己的需求和具体问题进行相应的调整和修改。
实例二：二维平面建模在某些情况下，我们只需要进行二维平面建模，比如平面结构的分析。
以下是一个二维平面建模的实例：1.打开Ansys软件并创建一个新的项目。
2.在几何建模模块中，选择“Create”来创建几何模型。
3.选择适当的几何元素，如直线、圆弧或多边形，并指定其尺寸和位置。
4.调整模型的属性，如材料属性和边界条件。
5.运行静态或动态分析以获得解决方案。
6.分析结果可以通过数据可视化工具来展示和分析。
这个实例展示了在Ansys中进行二维平面建模的基本步骤。
在实际应用中，读者可以根据具体情况选择适当的元素和属性。
实例三：流体建模Ansys还可以用于流体建模和分析。
以下是一个流体建模实例：1.打开Ansys软件并创建一个新的项目。
2.在几何建模模块中，选择“Create”来创建几何模型。
3.选择适当的几何元素，如管道、储罐或泵，并指定其尺寸和位置。
4.定义流体属性，如流体类型、流速和压力等。
5.调整模型的边界条件，如流入口和流出口的速度或压力。
6.运行流体分析以获得流体的流动情况和压力分布。
7.可以通过动画或图形展示来可视化流体的流动情况。
ANSYS模拟隧道施工过程应用
１ 模 型 的建立
考虑 自重应力 而忽 略构造 应力 。Ａ ＹＳ具 体有 两种 操作 方法 ： ＮＳ
） 首先计算 出 利用 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ来 模 拟 隧 道 开 挖 过 程 有 两 种 建 模 方 法 ： ） 立 １把重力作为单独 的一个荷 载步 。在分析 的第一步 ， １建 模型在重力作用下 的应力场 ， 以此应力场作 为后续分 析的初始应 三维模型 ； ） 立二 维模 型， 文采用 后者 建立 有限元模 型 。本 ２建 本 文所 采 用 的模 型 水 平 方 向 上 隧 道 两 边 的 长 度 均 取 洞 跨 的 ５倍 为 力场 。应 当注意的是后 面每 一步分 析得 到 的位移场 都叠 加 了重 力引起 的根本 不存 在 的位移 场 ， 以如果 需要 位移场 的结果 ， 所 要 限， 即计算模 型的水平宽度 为开 挖隧道跨度 的 ７倍 ； 垂直方 向上 ， ） 隧道下方 的距离为洞高的 ３倍 ， 而隧道上方按 实际地形 尺寸 。根 扣除第一 步重 力引起 的位移 场。２ 先在 弹性 范围 内单独对 模型 计算得 到初 始应 力场并将各 节点 的应力 写成一个 据隧道围岩的物理力学 性质 ， 在本 文有 限元计 算 中 ， 围岩材料 采 施加 重力荷载 ， 初始应力 文件。然后重新开始分析 ， 将之前 得到的初始应 力文件 用符合 Ｄ ｕｋ ｒ ｒｇｒ ｒｃｅ— ａｅ 屈服条件 的（） ） 料来 模拟 ， Ｐ ＩＰ材 － 以计算 隧道 作为荷载施加到模型上 。最后 进行接 下来 的计算 。这 种方 结 构 与 地 层 在 开 挖 过 程 中 发 生 的 非 线 性 变 形 特 性 。 Ｄ Ｐ材 料 是 读人 ， － 法计算得 到的应力 场和位移场直接就是所 要的结果 ， 不需要 另行 种理想 弹 塑性 材 料 ， 服 面 不 随着 塑 性 应变 的增 加 而 改变 。 屈
隧道及地下工程ANSYS分析地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析
第十章/TITLE, 3D analysis on shield tunnel in Metro ! 拟定分析标题/NOPR !菜单过滤设立/PMETH, OFF, 0KEYW, PR_SET, 1KEYW, PR_STRUC, 1 !保存结构分析部分菜单/COM,/COM, Preferences for GUI filtering have been set to display: 1．/COM, Structural2．材料、实常数和单元类型定义/clear !更新数据库/prep7 !进入前解决器et,1,solid45 !设立单元类型et,2,mesh200,6save !保持数据（2）定义模型中的材料参数。
!土体材料参数mp,ex,1,3.94e6 !地表层土弹性模量mp,prxy,1,0.35 !地表层土泊松比mp,dens,1,1828 !地表层土密度mp,ex,2,20.6e6 !盾构隧道所在地层参数mp,prxy,2,0.30mp,dens,2,2160mp,ex,3,500e6 !基岩地层参数mp,prxy,3,0.33mp,dens,3,2160!管片材料参数, 管片衬砌按各向同性计算mp,ex,4,27.6e9 !管片衬砌弹性模量mp,prxy,4,0.2 !管片衬砌泊松比mp,dens,4,2500 !管片衬砌密度!注浆层, 参数按水泥土取值mp,ex,5,1e9 !注浆层弹性模量mp,prxy,5,0.2 !注浆层泊松比mp,dens,5,2100 !注浆层密度save !保持数据3．建立平面内模型并划分单元（1）在隧道中心线定义局部坐标, 便于后来的实体选取。
local,11,0,0,0,0 !局部笛卡儿坐标local,12,1,0,0,0 !局部极坐标csys,11 !将当前坐标转换为局部坐标wpcsys,-1 !同时将工作平面转换到局坐标cyl4,,,,,2.7,90 !画部分圆半径为2.7cyl4,0,0,2.7,0,3,90 !画管片层部分圆cyl4,0,0,3,0,3.2,90 !画注浆层部分圆rectng,0,4.5,0,4.5 !画外边界矩形aovlap,all !做面递加nummrg,all !合并所有元素numcmp,all !压缩所有元素编号rectng,4.5,31.5,0,4.5 !画矩形面nummrg,all !合并所有元素numcmp,all !压缩所有元素编号save !保持数据（2）划分单元, 如图10-1所示。
ansys隧道荷载结构法命令流及设计师对隧道设计的经验总结
/prep7*set,shuxiang,276170 !竖向荷载*set,zuoce,125500 !水平荷载*set,youce,-125500*set,jizhongli,-100000 !地震集中力*set,uxishu,136.966e6*0.5 !水平弹性抗力系数*set,vxishu,87.4348e6*0.5 !竖向弹性抗力系数!定义单元类型、实常数及材料性质et,1,beam3r,1,0.3,0.00225,0.3mp,ex,1,3.1e10 !弹性模量mp,dens,1,2500 !密度mp,prxy,1,0.167 !泊松比!创建几何模型画点k,1,0,2.55k,2,-2.04,1.53k,3,-2.6,-0.15k,4,-2.319721,-2.023237k,5,-1.648852,-2.71152k,6,0,-2.98k,7,1.648852,-2.71152k,8,2.319721,-2.023237k,9,2.6,-0.15k,10,2.04,1.53k,1000,0,0 !中心点!画隧道轮廓线larc,1,2,1000,2.55larc,2,3,1000,2.8larc,3,4,1000,6.4larc,4,5,1000,1.04969larc,5,6,1000,5.2larc,6,7,1000,5.2larc,7,8,1000,1.04969larc,8,9,1000,6.4larc,9,10,1000,2.8larc,10,1,1000,2.55!选择左边的所有线allsel !选择所有的实体lsel,s,loc,x,0,-5 !选择左边的所有线:x从0到－5 lcomb,all !合并所选的线lesize,all,,,30 !把上面合并的线等分30段!选择右边的所有线allsellsel,s,loc,x,0,5lcomb,alllesize,all,,,30allsel !全选!划分单元lmesh,allnplot !显示节点!加弹簧!y方向*do,i,23,40PSPRNG,i,TRAN,vxishu,,-0.3,, , !tran-直线的*enddoPSPRNG,2,TRAN,vxishu,,-0.3,, , !固定结构用的!x方向*do,i,15,26PSPRNG,i,TRAN,uxishu,-0.3,,, ,*enddo*do,i,37,48PSPRNG,i,TRAN,uxishu,0.3,,, ,*enddoallselfinish!进入求解层，施加荷载，定义荷载步等/solu!施加约束nsel,s,,,2 !选择约束的节点nsel,s,loc,x,0dnsel,r,loc,y,-2.98d,all,ux !施加水平方向的约束allselfcum,add,, !一定要，使荷载能叠加!竖向荷载*do,i,3,15a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)) f,i+1,fy,af,i,fy,a*enddo*do,i,47,59a=-shuxiang*0.5*abs(nx(i)-nx(i+1)) f,i+1,fy,af,i,fy,a*enddo!对未循环的节点施加竖向荷载a=-shuxiang*0.5*abs(nx(1)-nx(3)) f,3,fy,af,1,fy,2*af,60,fy,a!水平荷载*do,i,3,30a=zuoce*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1))f,i+1,fx,af,i,fx,a*enddo*do,i,32,59a=youce*0.5*abs(ny(i)-ny(i+1))f,i+1,fx,af,i,fx,a*enddof,1,fx,jizhongli !加集中力!对未循环的节点施加水平荷载a=youce*0.5*abs(ny(31)-ny(2))f,31,fx,-af,32,fx,a!施加重力acel,,9.8solve !求解finish!进入后处理，定义荷载工况并组合，输出图片和文本文件/post1!显示弯矩图etable,mi,smisc,6etable,mj,smisc,12plls,mi,mj,-1!显示轴力图etable,fi,smisc,1etable,fj,smisc,7plls,fi,fj,1!显示变形图pldisp,1综合该讨论的各家建议：隧道设计流程各家观点：1、我们做设计的时候也是这样做的,先用同济曙光采用地层结构法模拟开挖过程,对喷锚支护及开挖方法进行分析,选择一个合适的开挖顺序,然后用荷载结构法计算初衬的变形, 和二衬的承载能力和裂缝宽度。
隧道开挖ansys模拟分析
隧道台阶法开挖的有限元模拟分析1.力学模型的建立岩体的性质是十分复杂的，在地下岩体的力学分析中，要全面考虑岩体的所有性质几乎是不可能的。
建立岩体力学模型，是将一些影响岩石性质的次要因素略去，抓住问题的主要矛盾，即着眼于岩体的最主要的性质。
在模型中，简化的岩体性质有强度、变形、还有岩体的连续性、各项同性及均匀性等。
考虑岩石的性质和变形特性，以及外界因素的影响，采用的模型有弹性、塑性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性等。
根据对隧道的现场调查及试验结果分析，围岩具有明显的弹塑性性质。
因此，根据隧道的实际情况，考虑岩体的弹塑性性质，在符合真实施工工序和支护措施的基础上，在数值模拟过程中将计算模型简化成弹塑性平面应变问题，采用Drucker—Prager屈服准则来模拟围岩的非线性并且不考虑其体积膨胀，混凝土材料为线弹性且不计其非线性变形。
对地下工程开挖进行分析，一般有两种计算模型：（1）“先开洞，后加载”在加入初始地应力场前，首先将开挖掉的单元从整体刚度矩阵中删除，然后对剩余的单元加入初始地应力场进行有限元计算。
（2）“先加载，后开洞”这种方法是首先在整个计算区域内作用地应力场，然后在开挖边界上施加反转力，经过有限元计算得到所需要的应力、位移等物理量。
两种方法对线弹性分析而言，所得到的应力场是相同的，而位移场是不同的，模型（2）（即：“先加载，后开洞”）更接近实际情况。
在实际地下工程开挖中部分岩体已进入塑性状态，必须用弹塑性有限元进行计算分析，而塑性变形与加载的路径有关，所以模拟计算必须按真实的施工过程进行，即在对地下工程开挖进行弹塑性数值模拟过程中，必须遵循“先加载，后开洞”的原则。
在有限元法中，求解非线性问题最常采用的方法是常刚度初应力法。
对于弹塑性问题，由于塑性变形不可恢复，应力和应变不再是一一对应的关系，即应力状态与加载路径有关，因此应该用增量法求解。
弹塑性应力增量与应变增量之间的关系可近似地表示为}{}]{[}]){[]([}{][}{0σεεεσd d D d D D d D d p ep +=-== （1） 式中，][D —弹性矩阵，][p D —塑性矩阵。
立隧道ANSYS有限元分析模型
出现错误。依次输入后将会出现一个又一个的圆弧，最后点二级对话框中的“OK”
按钮，生成一圈隧道模型（没有仰拱）。
在二级对话框中第一行“RAD Radius of the arc”栏中输入该弧线半径“5.67”,
然后在第二行的“Pl,P2 Keypoints at start + end”的右边依次填写"2”和"3",最后
1 for COMBIN14”的窗口，最后在“SPRING CONSTANT K”后面输“30000000”，
点“OK”，点下方的“Close”结束,出现2个设置项（Set 1和Set 2）,该过程如图
3.14和3.15所示。
图3.14 Real constant Set Number 1 for COMBIN 14组合14的实常数集I
要输入的关键点坐标如下所示，请注意务必保证输入的时候要仔细，不能出现错
误，否则只能重新再来(ANSYS没有撤销的指令)
“1”对应的坐标为“(24.70953, 17.55739,())”；“2”对应的坐标为“(24.33000,
20.00000,0)“；“3”对应的坐标为“(30.00000, 25.67000,0)“；"4”对应的坐
图3.15材料的实常数定义完成
6、给隧道模型建立衬砌支护的关键点(共计8个)：
按照老师所给的曼当1号隧道的施工设计资料图，可以大致在CAD描绘出
一个隧道“三心圆”的模型即可基本展现表现出隧道的轮廓，通过这样的尺寸来进
行建模，以及可以紧接着进行它的压力布置和它的受力分析。
那么我们将要输入8个关键点(key points)来把隧道的断面给表示出来。
最新ANSYS 课件 第三章 建立实体模型讲学课件
通过拾取
面积输入 1.)在图形窗口拾取圆心和半径 2.)或在此输入数值
ANSYS 命令—由上而下建模
建立一个块体: Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create Volumes >Block
提示
通过拾取
体输入 1.) 在图形窗口拾取对角线上 的两个端点和 Z轴方向的深度. 2.) 或在拾取对话框中键入相 关尺寸
Utility Menu > File > Import > UG...
激活Defeaturing 选项 缺省为No Defeaturing
只读入选择的层 和几何类型的选 项
ANSYS 命令
➢ 直接输入模型虽然方便，但某些情况下需要在 ANSYS中建立实体模型，例如： 需要建立参数化模型，— 在优化设计及参 数敏感性分析时，需要建立包含变量的模型。 没有ANSYS能够读入的几何模型。 用户计算机平台没有所需的接口产品。 需要对输入的几何模型进行修改或添加。
➢ ANSYS 有一系列方便的几何建模工具，以下 将讨论这些内容。
ANSYS 命令
➢ 实体建模是建立实体模型的过程.
➢ 首先回顾前面的一些定义：
一个实体模型由体、面、线及关键点组 成。
体由面围成，面由线组成,线由关键点组 成。
实体的层次由低到高: 关键点 — 线 — 面。 如果高一级的实体存在，则依附 它的低级实体不能删除。
➢ 使用接口产品，需要购买相应的授权。
输入几何模型—接口产品
➢ Pro/E接口
读入由 Pro/ENGINEER 生成的 .prt 文件 (由 PTC公司提供)。
需要 Pro/ENGINEER 软件。
基于ANSYS的铁路隧道开挖过程三维仿真分析
地下工程GEOTECHN I CAL ENG I N EER I NG WORLD V O L .10 N o .11收稿日期2 2006-7-25基于ANS YS 的铁路隧道开挖过程三维仿真分析王齐林1陈静曦2柯鹏振2(武汉理工大学资源与环境工程学院)摘 要 根据ANS YS 软件的特点,结合隧道力学的有关原理,建立了铁路隧道开挖的三维模型,并分析了开挖模拟后围岩的受力情况,在合理选取支护参数的情况下,认为利用ANS YS 软件来模拟铁路隧道开挖是必要的,也是可行的。
关键词 ANS YS 三维仿真分析 有限元ANS YS 程序不仅功能强大[1],应用范围很广,而且其基于Motif 标准的图形用户界面(G U I)及优秀的程序构架使初学者也能易学易用。
软件主要包括3个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。
前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
铁路隧道结构非常复杂,特别是处于不良地质条件下的隧道,进行三维有限元分析时用常规的方法很难精确模拟,并且费时费力。
而ANS YS 强大的实体建模能力可以快速精确地模拟复杂的隧道结构,通过功能完善的网格划分工具即可生成理想的三维有限元网格,并且其计算精度和速度也很高。
隧道的开挖是个复杂的系统工程,在隧道围岩非常复杂的条件下进行ANS YS 有限元开挖模拟是非常必要的,在参数选择合理的情况下,ANS YS 软件可以很好的模拟初期支护、围岩的变形、顶拱下沉等,这对开挖施工工艺、选择合理的支护结构、进行结构可靠性分析等方面都具有重要的意义[2]。
山岭隧道受力有限元分析ANSYS实例教学
山岭隧道受力ANSYS有限元分析实例教学目录一、问题重述 (1)二、模型的建立 (3)2.1模型绘制 (3)2.2模型参数选取 (3)2.3模型网格划分 (3)2.4计算外荷载（计算DK5+632断面） (4)2.5施加荷载与约束 (7)三、求解模型与受拉地基弹簧的修正 (8)四、求解结果 (10)4.1弯矩、轴力应力云图 (10)4.2关键节点内力 (10)五、附录 (11)附录1 全部节点等效荷载表 (11)附录2 全部节点内力表 (13)附录3 剪力图 (16)一、问题重述隧道起讫里程为DK4+843.5~DK6+430，全长1586.5m ，DK5+632处采用暗挖法施工，该断面的地层及结构等信息见下图。
(a) 纵断面图（单位：m ）(b) 横断面图（单位：cm ）里程 D K 5+632300°∠65°根据地质资料得：围岩级别为Ⅳ级，隧道上方土体重度依次从上往下取γ1 =18 kN/m3，γ2=23kN/m3。
请采用荷载-结构模式对该断面衬砌结构（仅二次衬砌）进行受力分析：（1）试求隧道围岩压力和有限元模型的等效节点力（不考虑重力）？（要求：单元长度取0.3m，画出单元和节点图，编制表格列出各节点的等效节点力）。
（2）采用有限元软件计算结构内力，绘制弯矩图和轴力图，列出特征部位的内力二、模型的建立2.1模型绘制在ANSYS建模，以二次衬砌中轴线为轮廓，隧道断面模型如下图：图2.1 隧道断面尺寸示意图（cm）二次衬砌采用Beam188梁单元模拟，地基弹簧采用Combin14弹簧单元模拟。
隧道纵向计算长度取为1m，二次衬砌参数选取如下表：2.3模型网格划分单元长度取0.3m，网格划分后，单元图、节点图分别如下：图2.2 离散化-节点图图2.3离散化-单元图2.4外荷载的计算（计算DK5+632断面） 2.4.1 验算坑道高度与跨度之比1232644.3032120.902 1.71232723.553212H B ++++==++++＜式中，H 表示坑道高度，B 表示坑道跨度根据我国《铁路隧道设计规范》，可以采用统计法计算。