ANSYS 大坝受力分析实验报告

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。