ANSYS 大坝受力分析实验报告
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大坝受力分析报告
一、问题描述
图1为一水坝受力示意图,大坝几何尺寸如图,水面高度为8m,坝体材料弹性模量为30Gpa,泊松比为0.26,受水的压力呈F=170216*(8-y)线性变化。
试对坝体经行应力分析。
图1 水坝受力示意图图2 水坝受力简化图
二、问题分析
1、简化问题
该问题属于线性静力学问题。
由于水坝的跨度远大于其他方向上的尺寸,因此在分析过程中按照平面应变问题求解。
同时由于坝体内侧水的压力是梯度分布,可
采用函数加载法施加载荷。
分析如下图2。
2、网格单元的选取
该水坝受力问题转化为平面问题后,便可采用平面单元类型对其经行划分。
经分析本题选取PLANE82 单元对其进行网格划分。
PLANE82 是二维8节点结构实体
单元,它为混合(四边形-三角形)自动网格划分提供了更精确的结果,并能承受不
规则形状而不会产生任何精度上的损失。
3、网格划分类型的选取
有限元分析的精度和效率与单元的密度和几何形状有密切关系,按照相应的误差准则和网格疏密程度,应该避免网格的畸形,因此,划分网格时,应尽量采用映
射网格模式划分。
本题中,水坝的形状基本规则,稍做处理即可采用映射网格经行
网格划分。
另外,在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处),需要采用比
较密集的网格。
三、解体步骤
1、建立工作文件名及工作标题
选择Utility→File→Change Jobname 命令,出现Change Jobname对话框。
在Enter new jobname栏输入工作文件名:Dam。
选择Utility→File→Change Title命令,输入工作标题:Analysis of dam。
完成建立。
2、定义单元类型
选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令,出现Element Type对话框,点击Add,在Library of Element Type中选取Structural, Quad
8node 82。
单击OK。
退出对话框。
3、定义材料性能参数
依次选取:Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Model
出现Define Material Model Behavior对话框,再依次选取:
Material Models Available→Structural→Linear→Elastic→Isotropic
出现Linear Isotropic Propeties for Materail Number 1 对话框,在EX输入栏中输入3E10。
在PRXY中输入0.26。
退出。
4、创建几何模型
选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→In Active CS命令,在NPT Keypoint number输入栏中输入1,在X,Y,Z输入栏中输入0,0,0,单击Apply;
依次创建以下关键点及编号:
2(5,0),3(5,3),4(3,11),5(1,11),6(1,8),7(1,3),8(0,3);
由于准备对大坝进行映射网格划分,所以在建模时,对大坝先进行简单的拆分,以地面为界,分为上下两部分。
具体方法如下。
选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Arbitrary→Through KPs命令,出现Create Area thru拾取菜单,选取1、2、3、8四点,OK。
建立坝体下半部分A1。
重复以上选取过程,选取点更改为:3、4、5、6、7,OK,建立坝体上半部分A2。
如图3所示。
图3 建立模型图4 网格划分
5、网格划分
根据以上所提划分思路,对A1、A2分别进行映射网格划分。
选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→Manualsize→Line→Picked Lines,选取L1,OK。
在出现的对话框内中,NDIV一栏中填30。
意思为分成30份。
重复以上操作,依此将L2化分成50份、L3→30、L4→80、L5→40、L6→30、L7→50、L8→10、L9→40。
选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Mapped→By Corners,选取面积A1,OK,选取点1、2、3、8,OK。
对A1进行网格划分。
重复以上操作,选取面积A2,OK,选取点5、4、3、7,OK。
对A2进行划分。
划分结果如图4所示。
6、加载求解
由于坝体内侧水的压力是梯度分布的,故采用函数加载法加载载荷。
Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Functions→Define/Edit
在Function Editor对话框中,Result= 输入栏中输入170216*8-170216*{y}
选择对话框上的File→Save命令,把该输入的函数保存,关闭对话框。
选择Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Functions→Read File命令,
选择刚保存的函数文件,在Table paramenter name输入栏中输入f,OK,保存。
选择Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Structural→Pressure→On Line命令,选L7,单击OK按钮,出现Apply PRES on Lines对话框,在【SFL】Apply
PRES on Lines as a 下拉选框中选择Existing table,单击OK,出现Apply PRES on Lines
对话框,在列表框中选择f,OK,关闭该对话框,完成对模型的加载;
选择Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Structural→Displacement→On Line命令,选择L1、L2、L3,单击OK,在出现的窗口中选择All DOF,OK,关闭
对话框,完成边界条件的设置。
加载后的图如图5。
图5 施加边界条件
选择Utility Menu→File→Save As 命令,保存操作过程。
选择Main Menu→Solution→Solve→Current LS命令,出现Solve Current Load Step对
话框,单击OK。
完成计算。
7、显示结果
选择Main Menu→Generral Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu命令。
在出现的对话框内选择Nodal Solution→DOF Solution→displacement Vector sum,OK.显示合位移等值线图,如图6。
在以上对话框中选Nodal Solution→Stress→von Mises stress,OK。
显示等效应力场等值线图,如图7。
图6 大坝应变分布显示图7 大坝应力分布显示
四、结论
由于此大坝形状及受力都比较简单,因此采用适当精度的单元及网格即可得出比较理想的计算结果。
根据分析结果,大坝受应变最大为SMX=0.543E-3。
受最大应力为SMX=0。
788E7。