ANSYS计算算例(结构-荷载法)
ANSYS计算算例(结构-荷载法)
（3）直边墙的输入
第二段圆弧的终点即是直边墙的顶点，查出该点坐标为（-3.520017，-3.077515）， 并由此计算出直边墙底端点的坐标为（-3.520017，-7.507515）
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Keypoints>In Active CS
计算中考虑结构自重对结构内力的影响，还应在此输入材料的密度。 Nonlinear-Density
4、模型建立 （1）第一段圆弧的输入（圆心：0，－3.41，起点： 0，0，圆心角：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
三、加载及约束
1、荷载计算及转化 (1) 荷载计算 对深埋隧道用《隧规》推荐的统计法公式计算得： 竖向围岩压力：q=54084.25Pa； 水平围岩压力：e＝0.15 q=8112.64Pa (2) 匀布荷载转化为等效节点荷载 将匀布荷载按如下步骤转化成等效节点力。 A、列出结构上所有节点坐标 GUI：Utility Menu>List>Nodes
拾取基底两节点
选取UX,UY并输入限制位移值0
3、惯性荷载加入 惯性荷载是与质量相关的荷载，该处是加入重力加速度。为了利用惯 性效果来模拟重力，应当在重力的相反方向施加惯性项，即在Y方向 施加一个加速度荷载相当于模拟-Y方向的重力： GUI：Menu Main> Solution>Apply>Gravity
ANSYS计算算例
• 拱形结构算例 – 铁路隧道 – 公路隧道 – 地铁区间隧道(矿山法施工) 矩形框架结构 – 地下街 – 地下停车场 – 地铁车站 圆形结构 – 地铁区间隧道(盾构法施工)
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计算结果与分析
ANSYS计算结果与分析一、有限元原理：有限元的解题思路可简述为：从结构的位移出发，通过寻找位移和应变，应变与应力，应力与内力，内力与外力的关系，建立相应的方程组，从而由已知的外力求出结构的内应力和位移。
有限元分析过程由其基本代数方程组成：[K]{V}={Q}，[K]为整个结构的刚变矩阵，{V}为未知位移量，{Q}为载荷向量。
这些量是不确定的，依靠所需解决的问题进行定量描述。
上述结构方程是通过应用边界条件，将结构离散化成小单元，从综合平衡方程中获得。
有限元是通过单元划分，在某种程度上模拟真实结构，并由数字对结构诸方面进行描述。
其描述的准确性依赖于单元细划的程度，载荷的真实性，材料力学参数的可信度，边界条件处理的正确程度。
本算例采用三角形六结点来划分单元。
二、有限元解题步骤：有限元的解题步骤为：①连续体的离散化；②选择单元位移函数；③建立单元刚度矩阵；④求解代数方程组，得到所有节点位移分量；⑤由节点位移求出内力或应力。
三、工程实例分析现已知一混凝土截面梁，长为L=2.4m，梁高为h=0.3m，梁宽设为单位宽度。
混凝土材料的各项属性为：容重γ=25KN/m3，E=2.4E10Pa，λ=0.2。
若该混凝土梁分别受到以下两种不同约束和不同受力的作用：（1）两端受固定约束作用，中间作用一个集中荷载P=10KN作用，如图A所示。
（2）一端受固定约束作用悬臂梁，梁上作用一均布荷载q=5KN/m作用，如图B 所示。
现要求使用有限元中的三角形六节点单元来计算两种情况下梁的位移与应力，并与力学计算结果进行比较和分析ANSYS分析过程（1）两端固定有限元模型Y方向位移图X方向应力图具体节点位移如下表：x应力表（单位：pa）NODE SX SY SZ SXY SYZ SXZ 1 -0.47117E+06 -94234. 0.0000 -71939. 0.00000.0000 2 -0.44824E+06 -43524. 0.0000 36804. 0.0000 0.0000 4 -0.26659E+06 24017.0.0000 11756. 0.0000 0.0000 6 -0.11092E+06 -1675.1 0.0000 -1416.0 0.0000 0.0000 8 26454. -287.29 0.0000 -529.21 0.0000 0.0000 10 0.14396E+06 -296.19 0.0000 -428.64 0.0000 0.0000 12 0.24665E+06 -154.80 0.0000 -931.20 0.0000 0.0000 14 0.31294E+06 -651.06 0.0000 1868.1 0.0000 0.0000 16 0.25514E+06 777.86 0.0000 2607.3 0.0000 0.0000 18 0.15259E+06 421.23 0.0000 955.79 0.0000 0.0000 20 36815. 350.40 0.0000 1367.3 0.0000 0.0000 22 -99169. 406.51 0.0000 1539.1 0.0000 0.0000 24 -0.25029E+06 709.47 0.0000 469.07 0.0000 0.0000 26 0.47021E+06 94043. 0.0000 71822. 0.0000 0.0000 28 -0.26849E+06 -41899. 0.0000 46711. 0.0000 0.0000 30 -0.12480E+06 -20589. 0.0000 44463. 0.0000 0.0000 32 2346.1 1441.3 0.0000 44301. 0.0000 0.0000 34 0.13084E+06 23544. 0.0000 46007. 0.0000 0.0000 36 0.27890E+06 44622. 0.0000 49721. 0.0000 0.0000 38 0.44740E+06 43435. 0.0000 -36738. 0.0000 0.000040 0.26576E+06 -23958. 0.0000 -11724. 0.0000 0.0000 42 0.11006E+06 1672.9 0.0000 1413.1 0.0000 0.0000 44 -27364. 285.26 0.0000 538.86 0.0000 0.0000 46 -0.14505E+06 297.97 0.0000 455.70 0.0000 0.0000 48 -0.23089E+06 828.18 0.0000 -2277.4 0.0000 0.0000 50 -0.35045E+06 -94932. 0.0000 4506.0 0.0000 0.0000 52 -0.23867E+06 40010. 0.0000 13774. 0.0000 0.0000 54 -0.15354E+06 -1579.2 0.0000 -2170.7 0.0000 0.0000 56 -37694. -287.51 0.0000 -1318.8 0.0000 0.0000 58 98366. -412.70 0.0000 -1539.9 0.0000 0.0000 60 0.24952E+06 -708.11 0.0000 -474.61 0.0000 0.0000 63 0.26768E+06 41770. 0.0000 -46653. 0.0000 0.0000 65 0.12400E+06 20454.0.0000 -44435. 0.0000 0.0000 67 -3155.0 -1579.4 0.0000 -44304. 0.0000 0.0000 69 -0.13167E+06 -23682. 0.0000 -46041. 0.0000 0.0000 71 -0.27977E+06 -44758. 0.0000 -49784. 0.0000 0.0000 151 0.18243E+06 -5692.4 0.0000 37694. 0.0000 0.0000 153 93763. -895.44 0.0000 60650. 0.0000 0.0000 155 2906.0 1964.2 0.0000 67290. 0.0000 0.0000 157 -87037. 5292.4 0.0000 58490. 0.0000 0.0000 159 -0.17211E+06 11178. 0.0000 31663. 0.0000 0.0000 167 73372. -851.10 0.0000 31158. 0.0000 0.0000 169 39292. -840.75 0.0000 49441. 0.0000 0.0000 171 3787.8 -337.99 0.0000 55813. 0.0000 0.0000 173 -32101. 100.68 0.0000 50074. 0.0000 0.0000 175 -67944. 717.92 0.0000 32029. 0.0000 0.0000 183 -17938. -922.76 0.0000 27092. 0.0000 0.0000 185 -6795.5 -612.85 0.0000 42946. 0.0000 0.0000 187 3071.2 18.206 0.0000 48306. 0.0000 0.0000 189 12803. 565.23 0.0000 43126. 0.0000 0.0000 191 22747. 538.90 0.0000 27571.0.0000 0.0000 199 -96298. -717.39 0.0000 22710. 0.0000 0.0000 201 -46228. -1019.6 0.0000 36320. 0.0000 0.0000 203 2626.4 121.91 0.0000 40665. 0.0000 0.0000 205 51239. 880.36 0.0000 36356. 0.0000 0.0000 207 0.10012E+06 736.28 0.0000 23263.0.0000 0.0000 215 -0.15923E+06 18494. 0.0000 11061. 0.0000 0.0000 217 -83947. 9075.8 0.0000 29103. 0.0000 0.0000 219 -2385.6 4224.8 0.0000 35294. 0.0000 0.0000 221 80991. 2496.3 0.0000 32516. 0.0000 0.0000 223 0.16576E+06 1612.2 0.0000 21754. 0.0000 0.0000 231 -0.20646E+06 -75438. 0.0000 -1738.1 0.0000 0.0000 233 -93006. -51133. 0.0000 -1579.6 0.0000 0.0000 235 6530.2 -30687. 0.0000 -666.930.0000 0.0000237 0.10345E+06 -14749. 0.0000 125.67 0.0000 0.0000 239 0.20441E+06 -4119.40.0000 970.85 0.0000 0.0000 247 -0.16755E+06 9862.5 0.0000 -17509. 0.0000 0.0000 249 -87809. 3440.9 0.0000 -31319. 0.0000 0.0000 251 -5584.0 978.66 0.0000 -35737.0.0000 0.0000 253 77562. 806.61 0.0000 -31968. 0.0000 0.0000 255 0.16243E+06 1086.9 0.0000 -20148. 0.0000 0.0000 263 -0.10061E+06 -689.88 0.0000 -23108.0.0000 0.0000 265 -51874. -100.28 0.0000 -35992. 0.0000 0.0000 267 -3478.2 629.38 0.0000 -40521. 0.0000 0.0000 269 45225. 1049.3 0.0000 -36167. 0.0000 0.0000 271 95246. 1060.4 0.0000 -22892. 0.0000 0.0000 279 -23597. -576.87 0.0000 -27627.0.0000 0.0000 281 -13606. -652.21 0.0000 -43170. 0.0000 0.0000 283 -3857.7 -89.957 0.0000 -48308. 0.0000 0.0000 285 5980.8 542.38 0.0000 -42912. 0.0000 0.0000 287 17073. 893.21 0.0000 -27066. 0.0000 0.0000 295 67130. -714.95 0.0000 -32028.0.0000 0.0000 297 31274. -97.707 0.0000 -50075. 0.0000 0.0000 299 -4624.8 340.23 0.0000 -55817. 0.0000 0.0000 301 -40137. 841.32 0.0000 -49444. 0.0000 0.0000 303 -74225. 850.89 0.0000 -31160. 0.0000 0.0000 311 0.17131E+06 -11152. 0.0000 -31681.0.0000 0.0000 313 86204. -5274.6 0.0000 -58500. 0.0000 0.0000 315 -3755.8 -1950.0 0.0000 -67295. 0.0000 0.0000 317 -94623. 911.23 0.0000 -60649. 0.0000 0.0000 319 -0.18330E+06 5714.3 0.0000 -37686. 0.0000 0.0000由以上分析结果可以得出：跨中最大挠度为：2.95E-05m 梁端上截面应力为：-0.35Mpa 跨中上截面应力: 0.47Mpa 跨中下截面应力为：-0.471Mpa 用材料力学进行校核：Wz=bh6222，左右杆端弯矩为：=ql12ql2，跨中弯矩为：2ql24 左右杆端截面正应力为：σ跨中截面正应力为：σ=ql2bh6ql=22ql222bh=0.32MPa 242bh6=4bh=0.47MPa由图乘法求跨中截面的挠度，具体的计算公式如下：W===1EI11EI(412⨯1112-ql2⨯l2⨯1l2⨯)23-12⨯124ql2⨯l2⨯l2⨯13-23⨯l2⨯132ql2⨯l2⨯12)ql(ql41576144-384374EI=2.95E-05m（2）一端固定一端自由Y方向位移图X方向应力图具体节点位移如下表：x应力表（单位：pa）NODE SX SY SZ SXY SYZ SXZ 1 -0.25013E+07-0.50026E+06 0.0000 -0.23536E+06 0.0000 0.0000 2 2344.3 55.551 0.0000 1381.4 0.0000 0.0000 4 -0.20145E+070.13137E+06 0.0000 42962. 0.0000 0.0000 6 -0.16765E+07 -5697.0 0.0000 -4238.2 0.0000 0.0000 8 -0.13587E+07 -602.67 0.0000 -1529.1 0.0000 0.0000 10 -0.10740E+07 -762.28 0.0000 -1374.8 0.0000 0.0000 12 -0.82262E+06 -655.05 0.0000 -1117.5 0.0000 0.0000 14 -0.60460E+06 -562.14 0.0000 -863.89 0.0000 0.0000 16 -0.41991E+06 -468.62 0.0000 -610.04 0.0000 0.0000 18 -0.26856E+06 -375.13 0.0000 -356.22 0.0000 0.0000 20 -0.15053E+06 -281.65 0.0000 -102.36 0.0000 0.0000 22 -65843. -187.66 0.0000 150.44 0.0000 0.0000 24 -14504. -102.05 0.0000 417.31 0.0000 0.0000 26 -3100.4 -5193.8 0.0000 775.10 0.0000 0.0000 28 742.77 684.07 0.0000 633.96 0.0000 0.0000 30 -17.938 -317.56 0.0000 -285.27 0.0000 0.0000 32 -477.64 -2424.3 0.0000 -770.67 0.0000 0.000034 -781.28 -4602.3 0.0000 -570.42 0.0000 0.0000 36 -1125.5 -5696.4 0.0000 -174.96 0.0000 0.0000 38 0.24391E+07 0.24437E+06 0.0000 -0.11805E+06 0.0000 0.0000 40 11812. -4996.7 0.0000 -1071.1 0.0000 0.0000 42 60425. -5175.6 0.0000 -1154.9 0.0000 0.0000 44 0.14240E+06 -5280.4 0.0000 -1421.3 0.0000 0.0000 46 0.25771E+06 -5372.8 0.0000 -1674.3 0.0000 0.0000 48 0.40636E+06 -5466.3 0.0000 -1928.2 0.0000 0.0000 50 0.58834E+06 -5559.8 0.0000 -2182.0 0.0000 0.0000 52 0.80365E+06 -5653.3 0.0000 -2435.9 0.0000 0.0000 54 0.10523E+07 -5746.8 0.0000 -2689.9 0.0000 0.0000 56 0.13342E+07 -5842.7 0.0000 -2932.1 0.0000 0.0000 58 0.16503E+07 -5879.4 0.0000 -3376.0 0.0000 0.0000 60 0.19778E+07 -7803.0 0.0000 2914.3 0.0000 0.0000 63 0.15354E+07 0.22889E+06 0.0000 -0.10713E+06 0.0000 0.0000 650.73975E+06 0.11355E+06 0.0000 -70967. 0.0000 0.0000 67 -7600.7 -6004.9 0.0000 -61499. 0.0000 0.0000 69 -0.75765E+06-0.12447E+06 0.0000 -78773. 0.0000 0.0000 71 -0.15608E+07-0.23582E+06 0.0000 -0.12284E+06 0.0000 0.0000 151 9798.9 -5221.2 0.0000 -7608.6 0.0000 0.0000 153 4996.1 -4256.1 0.0000 -11467. 0.0000 0.0000 155 -911.85 -2609.3 0.0000 -12699. 0.0000 0.0000 157 -6764.9 -887.12 0.0000 -11142.0.0000 0.0000 159 -11230. 312.08 0.0000 -6755.7 0.0000 0.0000 167 42347. -5311.7 0.0000 -14833. 0.0000 0.0000 169 20742. -4334.3 0.0000 -22836. 0.0000 0.0000 171 -1834.5 -2501.8 0.0000 -25426. 0.0000 0.0000 173 -24341. -653.58 0.0000 -22464.0.0000 0.0000 175 -45318. 505.18 0.0000 -13939. 0.0000 0.0000 183 97163. -5261.6 0.0000 -22022. 0.0000 0.0000 185 47621. -4327.6 0.0000 -34159. 0.0000 0.0000 187 -2750.4 -2507.1 0.0000 -38140. 0.0000 0.0000 189 -53018. -662.65 0.0000 -33786.0.0000 0.0000 191 -0.10162E+06 539.25 0.0000 -21132. 0.0000 0.0000 1990.17420E+06 -5215.6 0.0000 -29214. 0.0000 0.0000 201 85610. -4326.4 0.0000 -45483.0.0000 0.0000 203 -3667.2 -2509.3 0.0000 -50853. 0.0000 0.0000 205 -92806. -660.75 0.0000 -45110. 0.0000 0.0000 207 -0.18014E+06 586.11 0.0000 -28324. 0.0000 0.0000 215 0.27346E+06 -5169.3 0.0000 -36406. 0.0000 0.0000 217 0.13471E+06 -4324.80.0000 -56807. 0.0000 0.0000 219 -4584.1 -2511.7 0.0000 -63566. 0.0000 0.0000 221 -0.14371E+06 -659.14 0.0000 -56434. 0.0000 0.0000 223 -0.28088E+06 632.39 0.0000 -35517. 0.0000 0.0000231 0.39494E+06 -5123.0 0.0000 -43599. 0.0000 0.0000 233 0.19492E+06 -4323.20.0000 -68131. 0.0000 0.0000 235 -5500.9 -2514.0 0.0000 -76279. 0.0000 0.0000 237 -0.20572E+06 -657.53 0.0000 -67758. 0.0000 0.0000 239 -0.40384E+06 678.71 0.0000 -42709. 0.0000 0.0000 247 0.53864E+06 -5076.5 0.0000 -50791. 0.0000 0.0000 249 0.26624E+06 -4321.2 0.0000 -79456. 0.0000 0.0000 251 -6417.7 -2516.1 0.0000 -88993. 0.0000 0.0000 253 -0.27884E+06 -655.95 0.0000 -79083. 0.0000 0.0000 255 -0.54903E+06 724.90 0.0000 -49901. 0.0000 0.0000 263 0.70456E+06 -5031.3 0.0000 -57983. 0.0000 0.0000 265 0.34868E+06 -4322.8 0.0000 -90782. 0.0000 0.0000 267 -7336.1 -2519.0 0.0000 -0.10171E+06 0.0000 0.0000 269 -0.36307E+06 -649.67 0.0000 -90406. 0.0000 0.0000 271 -0.71644E+06 772.81 0.0000 -57090. 0.0000 0.0000 279 0.89269E+06 -5018.3 0.0000 -65150. 0.0000 0.0000 281 0.44225E+06 -4346.5 0.0000 -0.10206E+06 0.0000 0.0000 283 -8193.7 -2657.9 0.0000 -0.11441E+06 0.0000 0.0000 285 -0.45838E+06 -751.50 0.0000 -0.10180E+06 0.0000 0.0000 287 -0.90611E+06 819.40 0.0000 -64358. 0.0000 0.0000 295 0.11033E+07 -4700.3 0.0000 -72715. 0.0000 0.0000 297 0.54631E+06 -1332.2 0.0000 -0.11431E+06 0.0000 0.0000 299 -10032. -610.15 0.0000 -0.12657E+06 0.0000 0.0000 301 -0.56488E+06 156.41 0.0000 -0.11184E+06 0.0000 0.0000由以上分析结果可一得出：梁端最大挠度为：9.72E-04m 梁端截面最大应力为：-2.5Mpa 用材料力学进行校核：Wz=bh62，杆端弯矩为：FL =ql22左右杆端截面正应力为：σ固端截面正应力为：σ=6bh==ql222bh=0.32MPa FLbh26FL2bh2226=2.4MPa 左右杆端截面正应力为：σ=ql6bh=ql222bh=0.32MPa由图乘法可知自由端的挠度为：W=1EI(12⨯FL⨯L⨯23L)=1FL3EI3=9.60E-04m结论在对本工程进行ANSYS有限元数值分析过程中，作者采用的单元形式为三角形六节点单元PLANE2单元，因其为平面单元，ANSYS计算过程中没有输入梁的宽度，其计算默认的梁宽为一个单位。
Ansys 荷载组合
Ansys 荷载组合1,几何模型(beam3和beam54)建立后，定义所需的element table，主要包括杆端力和最大应力，最小应力等。
然后保存数据库。
分别施加四种荷载的标准值（不乘分项系数），并分别存成四个load step file。
2,使用solution－>from ls files，求解四种荷载3,荷载组合，命令流如下：/post1lcdef,1,1lcdef,2,2lcdef,3,3lcdef,4,4 !定义四种工况，分别为四种荷载下的计算结果lcfact,1,1.2lcfact,2,1.4lcfact,3,1.19lcfact,4,1.4 !指定各工况的组合系数lcase,1 !读入工况1，database＝1sumtype,prin !指定加操作的对象lcoper,add,2 !荷载组合，database＝database＋2lcoper,add,4 !荷载组合，database＝database＋4lcoper,lprin !计算线性主应力lcwrite,11 !把database结果写到工况11,即恒荷载＋活荷载＋吊车荷载的结果lcase,1lcfact,2,1.19lcfact,4,1.19 !改变组合系数sumtype,prinlcoper,add,2lcoper,add,3lcoper,add,4lcoper,lprinlcwrite,12 !把database结果写到工况12,即恒荷载＋活荷载＋吊车荷载＋风荷载的结果!... ...其他荷载组合!之后使用lcase,n 就可调入工况n，并查看它的变形和内力!可使用如下命令流得到工况11和12，13的较大者99,进而查看最大应力lcase,11lcase,min,12lcase,min,13lcwrite,98lcase 98!查看工况98的应力分布... ...lcase,11lcase,max,12lcase,max,13lcwrite,99lcase 99!查看工况99的应力分布... ...以下为定义和读取荷载工况用到的一些命令：LCDEF_从结果文件中的一列结果产生荷载工况LCDEF, LCNO, LSTEP, SBSTEP, KIMGLCNO：随意的指针数（1－99），要赋给LSTEP，SBSTEP和FILE命令指定的荷载工况。
钢桁架ANSYS计算方法
桁架间隔宽度b=0.7m
载荷q=l×b×Q=242.0578KN
均布载荷q/l=57.496KN/m
节点载荷F=q/6=40.34KN=40340N
求解结果：
ELEM（单元杆）
SMIS1（内力）
内力系数
1
-95681
-2.37 F
2
-95681
-2.37 F
3
-0.16345E+06
-F
13
-78977
-1.96 F
14
0.0000
0
15
26390
0.65 F
16
-40340
-F
17
26390
0.65 F
18
0.0000
0
19
-78977
-1.96 F
20
-40340
-F
21
0.13902E+06
3.45 F
钢桁架计算
目的：计算钢桁架中，每根杆的内力。
方法：利用ANSYS有限元分析软件求解计算。
步骤：
1、进入前处理模块
2、定义单元为二维杆单元LINK1
3、定义材料弹性模量EX=210E9，泊松比0.33（Q235常用值）
Q235弹性模量E：196~216GPa
泊松比0.25~0.33
4、定义各个节点位置
-4.05 F
4
-0.16345E+06
-4.05 F
5
-95681
-2.37 F
6
-95681
-2.37 F
7
0.14643E+06
3.63 F
8
同济大学Ansys隧道荷载结构法算例
隧道荷载结构法算例 1． 问题描述：
主要截面尺寸如图 1 所示， R 1 5.2m ， R2 8.8m 。内轮廓采用曲墙拱三心圆拱。弹性抗力 系数取为 k 1.5 10 kN / m 。衬砌厚度为 0.6m，截面的物理参数如表所示。
建立局部柱坐标系，施加径向弹簧（用 PSPRNG 命令） 。根据计算结果中弹簧是否收拉，对结 果进行迭代计算。第 1 次计算结果如下图所示。
图5
结构变形图
删除受拉弹簧后的计算结果如下图。
图6 命令流： /prep7 et,1,beam3 mp,ex,1,2.85e10 mp,prxy,1,0.25 r,1,0.6,0.018,0.6 k,1,0,5.2 k,2,-5.2,0 k,3,-5.0797,-1.45 k,4,0,0 k,5,3.6,0 larc,1,2,4,5.2 larc,2,3,5,8.8 lesize,1,,,8 lesize,2,,,2 lmesh,all /pnum,node,1 nplot nlist !compute nodal force in excel f,1,fx,1.249456357 f,3,fx,4.949809522 f,4,fx,9.709400641
finish /solu solve finish /post1 pldisp,1 !check springs with traction (+ means traction) etable,sforce,smisc,1 pretab,sforce !delete springs with tractions and recalculate here ! etable,m1,smisc,6 etable,m2,smisc,12 plls,m1,m2,-1
ansys motion 载荷计算
ansys motion 载荷计算ANSYS Motion是一种多体动力学仿真软件，用于模拟和分析机械系统的运动和载荷。
通过ANSYS Motion，用户可以预测和优化产品的性能、可靠性和耐久性，从而降低开发成本和时间。
本文将介绍ANSYS Motion在载荷计算方面的应用。
一、概述在机械系统设计和分析过程中，载荷计算是非常重要的一环。
它可以帮助工程师了解系统在实际工作条件下所承受的力和力矩，从而评估系统的可靠性和耐久性。
ANSYS Motion提供了一系列强大的工具和功能，用于准确计算和分析机械系统的载荷。
二、载荷类型在ANSYS Motion中，可以对机械系统施加多种类型的载荷。
常见的载荷类型包括静态载荷、动态载荷和惯性载荷。
静态载荷是指在系统静止时施加的力和力矩，动态载荷是指在系统运动时施加的力和力矩，惯性载荷是指由于系统加速度而产生的力和力矩。
三、载荷计算方法ANSYS Motion提供了多种载荷计算方法，包括直接计算、求解拉格朗日方程和使用约束等。
直接计算方法适用于简单的系统，通过施加已知的力和力矩来计算载荷。
拉格朗日方程方法适用于复杂的系统，通过求解拉格朗日方程来计算载荷。
约束方法适用于特殊的系统，通过施加约束来计算载荷。
四、载荷分析通过ANSYS Motion的载荷计算功能，用户可以对机械系统进行载荷分析。
载荷分析可以帮助工程师了解系统在不同工况下的载荷分布、载荷大小以及载荷的变化规律。
通过对不同工况下的载荷进行分析，用户可以评估系统的可靠性和耐久性，并优化系统的设计。
五、应用案例ANSYS Motion广泛应用于各个行业的机械系统设计和分析。
例如，在汽车行业中，可以使用ANSYS Motion对汽车悬挂系统进行载荷计算，评估悬挂系统在不同路况下的载荷分布和变化规律，从而优化悬挂系统的设计。
在航空航天行业中，可以使用ANSYS Motion 对飞机起落架进行载荷计算，评估起落架在起飞和降落过程中的载荷大小和变化规律，从而提高起落架的可靠性和耐久性。
钢架模型ansys计算
钢架杆件横截面面积均为3250mm2，荷载施加在桁架上，如图1所示，材料弹性模量E=2.1×105Mpa，泊松比μ=0.3.密度 =7.8×103Kg/m3。
下面是ansys的分析过程。
图1 桁架尺寸及荷载情况1 进入ansys2 设置不同日期和时间3选择单元模型4定义材料参数5定义实常数6定义水平杆间的长度和杆的高度7生成几何模型Step1生成3个关键点Step2建立3条线Step3复制线Step4对模型进行分析Step5设置所有单元线上划分单元的个数Step6对所选择线进行单元划分8对模型施加边界条件Step1对关键点1、9施加固定边界条件Step2对关键点3、6施加边界条件图2 模型形状9分析计算10结果的一般显示（1）图3 变形位移显示（2）图4对线形单元按实体效果进行显示（以3倍比例）（3）图5 Y方向的位移云图11 线性单元内力结果显示Step1 定义线性单元I、J节点的轴力Step2 画出单元的受力图图6 轴力情况图轴力结果如下（2）单元计算结果单元轴向力：LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1 TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0ELEM SMIS11 -0.26942E+062 0.13470E+063 0.26942E+064 -26942.5 0.28287E+066 26942.7 0.29637E+068 0.14817E+069 -0.29637E+0610 -0.26940E+0611 -0.29634E+06MINIMUM V ALUESELEM 9V ALUE -0.29637E+06MAXIMUM V ALUESELEM 7V ALUE 0.29637E+06单元支反力结果：LOAD STEP= 1 SUBSTEP= 1TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEMNODE FX FY1 0.20373E-09 0.23333E+067 0.25667E+06TOTAL V ALUESV ALUE 0.20373E-09 0.49000E+06获取支撑节点1处的y方向支反力，赋给Ry 1：获取支撑节点7处的Y方向支反力，赋值给Ry7计算结果如下：ABBREVIATION STATUS-ABBREV STRINGSA VE_DB SA VERESUM_DB RESUMEQUIT Fnc_/EXITPOWRGRPH Fnc_/GRAPHICSPARAMETER STATUS- ( 25 PARAMETERS DEFINED)(INCLUDING 19 INTERNAL PARAMETERS)NAME V ALUE TYPE DIMENSIONSA 3.60000000 SCALARB 3.11800000 SCALARI 1.00000000 SCALARMAXLAYER 0.00000000 SCALARRY1 233300.000 SCALARRY7 256700.000 SCALAR12 退出系统下面是Log文件/BATCH/COM,ANSYS RELEASE 11.0 UP20070125 18:53:36 11/03/2012 /input,menust,tmp,'',,,,,,,,,,,,,,,,1/GRA,POWER/GST,ON/PLO,INFO,3/GRO,CURL,ON/CPLANE,1/REPLOT,RESIZEWPSTYLE,,,,,,,,0/PLOPTS,INFO,3/PLOPTS,LEG1,1/PLOPTS,LEG2,1/PLOPTS,LEG3,1/PLOPTS,FRAME,1/PLOPTS,TITLE,1/PLOPTS,MINM,1/PLOPTS,FILE,0/PLOPTS,LOGO,1/PLOPTS,WINS,1/PLOPTS,WP,0/PLOPTS,DATE,0/TRIAD,ORIG/REPLOT!*/PREP7!*ET,1,MASS21!*SA VE!* MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2100000000000 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDE,EX,1MPDE,PRXY,1MPDATA,EX,1,,210000000000 MPDATA,PRXY,1,,0.3 MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,DENS,1,,7800!*!*ETDEL,1!*ET,1,LINK1!*!*SA VER,1,0.00325, ,!*SA VE*SET,a,3.6*SET,b,3.118SA VEK,1,0,0,0,K,2,a/2,B,0,RESUME/COM,ANSYS RELEASE 11.0 UP20070125 18:59:52 11/03/2012 /AUTO,1/REP,FAST/PNUM,KP,1/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,0/PNUM,VOLU,0/PNUM,NODE,0/PNUM,TABN,0/PNUM,SV AL,0/NUMBER,0!*/PNUM,ELEM,0/REPLOT!*K,1,0,0,0,K,2,a/2,B,0,K,3,a,0,0,SA VELSTR, 1, 2LSTR, 1, 3LSTR, 2, 3SA VEFLST,3,3,4,ORDE,2FITEM,3,1FITEM,3,-3LGEN,3,P51X, , ,a, , , ,0FLST,3,2,4,ORDE,2 FITEM,3,2FITEM,3,5LGEN,2,P51X, , ,a/2,b, , ,0 SA VENUMMRG,ALL, , , ,LOW !*LESIZE,ALL, , ,1, ,1, , ,1, FLST,2,11,4,ORDE,2 FITEM,2,1FITEM,2,-11LMESH,P51XFINISH/SOLFLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,1!*/GODK,P51X, , , ,0,ALL, , , , , , FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,9!*/GODK,P51X, , , ,0,UY, , , , , , SA VE/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FASTSA VEFLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,3!*/GOFK,P51X,FY,-210e3 FLST,2,1,3,ORDE,1 FITEM,2,6!*/GOFK,P51X,FY,-280000SA VE/STATUS,SOLUSOLVEFINISH/POST1PLDISP,1/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/USER, 1/FOC, 1, 6.32209400502 , 0.584690326081 , 0.00000000000 /REPLO/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST!*/SHRINK,0/ESHAPE,3/EFACET,1/RATIO,1,1,1/CFORMAT,32,0/REPLOT!*!*/EFACET,1PLNSOL, U,Y, 0,1.0/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/REPLOT,RESIZE/REPLOT,RESIZE/REPLOT,RESIZE/REPLOT,RESIZESA VEA VPRIN,0, ,ETABLE,bridge_I,SMISC, 1!*A VPRIN,0, ,ETABLE,bridge_J,SMISC, 1!*A VPRIN,0, ,ETABLE, ,U,X!*ETABLE,,ERASE,3PLLS,BRIDGE_I,BRIDGE_J,0.5,0 /REPLOT,RESIZE/DIST,1,0.924021086472,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1/REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST/DIST,1,0.924021086472,1 /REP,FAST/DIST,1,1.08222638492,1 /REP,FAST!*PRESOL,SMISC,1!*PRRSOL,PRRSOL,FY*SET,Ry1,233300 PRRSOL,FY*SET,Ry7,256700*STATFINISH! /EXIT,ALL。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、选定分析模块
• Main menu>preferences 选定<structural>分析模块
二、模型建立及网格划分
1、单元类型的选定 – 梁单元：beam3 – 弹簧单元：combine14 Main menu：Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete
（2） 顶部第一段圆弧径向弹簧的设置 A、定义局部坐标 在命令输入窗口中输入命令并回车： CLOCAL,11,1,0,-3.41,0,0,0,0
B、生成弹簧单元 激活定义的11号局部坐标系，并按如下操作生成第一段圆弧的径向弹簧。
弹出拾取框，拾取第一段圆弧上任意一点，弹出输入弹簧参数对话框： 需要输入的参数：K－弹性系数； K＝klb，k=1200MPa，l=0.4m，b=1m DX、DY、DZ—弹簧的另一端相对于选定端的偏移距离，直角坐标系中 代表（dx,dy,dz），柱坐标系中代表（dr,dθ,dz），球坐标系中代表（dr,dφ,dθ）。
弹出拾取框，按<Pick All>拾取框拾取所有线条
弹出对话框
按<OK>键，映射出整个结构
生成圆弧、直线及映射过程中，点的编号又重复的现象，此时，应对点的编号进行 合并和压缩。 GUI： Main Menu>Preprocessor>Numbering Ctrls>Merge Items(Compress Numbers )
6、生成径向弹簧单元 将围岩离散为弹簧单元，沿径向作用在结构的外侧。 （1）局部坐标系的定义 在结构顶部设置径向弹簧时，需要定义局部柱坐标系，在当前活动坐标系中定义局部坐 标系的命令为： CLOCAL,KCN,KCS,XL,YL,ZL,THXY,THYZ,THZX 其中： KCN －为局部坐标号，大于10； KCS — 为坐标形式，0为直角坐标系，1为柱坐标系（Z轴为旋转 轴），2为球坐标系， 3为柱坐标系（Y轴为旋转)； XL,YL,ZL—定义局部坐标系原点在当前活动坐标系中的坐标； THXY,THYZ,THZX—为相对转动角； 定义后应激活该局部坐标系，才能在局部坐标系下操作，激活局部坐标系的操作为： GUI：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to>Specified CoordSys 然后在交互式对话框中输入相应的局部坐标号即激活了该坐标。以后的操作要回到原先 全局坐标系，也应重新激活，操作为： GUI：Utility Menu>WorkPlane>Change Active CS to> Global Cartesian／ Global Cylindrical/ Global Spherical 其中：Global Cartesian为全局直角坐标系； Global Cylindrical为全局柱坐标系； Global Spherical为全局球坐标系。
B、文件导入 将编辑好的命令流存为.TXT文本文件。然后用ANSYS导入。例如文件名存 为load1.txt，其导入为： GUI：Utility Menu>Read Input From
2、约束的设置 对于拱形结构，约束墙底的水平位移，同时为避免结构整体沉降大， 使弹簧全部受拉，往往也约束墙底的竖直位移。 GUI：Menu Main> Solution>Apply>Displacement>On Nodes
列出将所有的节点坐标文件，并将其保存成另外一个文件
（3） 将等效节点荷载加在结构上 加载命令为：F，n，FX，num或F，n，FY，num 其中：F为加载命令， n为节点号， FX、 FY分别为为X、Y方向的力， num为力的大小。 在excel 中将等效节点力计算出来，并将其整理成加载命令的表格形式，在word 中转化成命令流形式。 A、粘贴加入 将word中的命令流直接粘贴到ANSYS的命令输入窗口然后回车,注意：ANSYS 需 进入加载模块后方可进行粘贴，否则粘贴无效。 GUI：Menu Main>Apply
分别弹出以下对话框，在第一栏中选keypoints后确认即完成。
5、结构网格划分 将实体拱形结构划分为梁单元的组合体。 （1）分配单元的属性
分配单元的属性相当于把单元指向模型的某些部分，其中单元属性包 括：单元类型号、材料号、实常数号、坐标号等。有两种方法把单元属性 分配到模型上。 – 直接分配属性到模型图元上； – 定义默认属性集，通过分网把默认属性分配到图元上。 GUI： Main menu>Preprocessor>Define，
四、求解及弹簧的修正
1、第一次求解 上述三大步完成后即可进行求解。 GUI：Menu Main> Solution>Current LS
2、查看结算结果 （1） 结构变形变形
在命令输入框中，先输入圆心坐标（0，-3.41）并回车，再输入起点 坐标（0，0）并回车后，弹出下图交互式对话框，并输入第一段圆弧的圆 心角45º 。
（2）第二段圆弧的输入 （圆心：0.45，－3.86，起点： -2.411234,-0.9987659，圆心角：33.85º ） 注意:第二段圆弧的起点是第一段圆弧的终点 Utility Menu>List>Keypoints>coodinates only
单元属性定义的典型对话框如图：
（2）网格划分 按0.4m长度划分单元。 GUI： Menu menu>Preprocessor>Meshtool，
在右图中按<mesh>，并选取所有的线条后， 即完成了网格划分。 按下述操作显示单元划分结果： GUI： Utility Menu>PlotCtrls>Numbering>coodinates only
（3）直边墙的输入
第二段圆弧的终点即是直边墙的顶点，查出该点坐标为（-3.520017，-3.077515）， 并由此计算出直边墙底端点的坐标为（-3.520017，-7.507515）
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>Keypoints>In Active CS
3、定义衬砌材料属性 衬砌材料为混凝土材料：弹性模量Ec＝27 GPa＝27000000000Pa 泊松比＝0.3
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Material Model
选中右框中Stractural－Linear－Isotropic，弹出输入常数对话 框，输入弹性模量和泊松比。
弹出对话框
重复选定单元
完成后,在单元类型框 中显示选定的两种单元。
2、定义单元的实常数
• 梁单元实常数
• 弹簧单元实常数 Menu menu：Preprocessor>Real constants
出现下面对话框
梁单元的实常数有三个：截面积＝bh（b＝1m，h＝0.4m） 惯性矩＝ bh3／12 梁高度＝ h
弹出交互式对话框，并输入直边墙底端坐标。
GUI：Main Menu> Preprocessor> Create>如图所示拾取框，先拾取4点，再拾取5点。
（4）映射生成完整结构 经过以上三步建模后，生成了半个结构，由于结构正对称，可通过映射生成 完整结构。 GUI： Main Menu>Preprocessor>Reflect>Lines
拾取基底两节点
选取UX,UY并输入限制位移值0
3、惯性荷载加入 惯性荷载是与质量相关的荷载，该处是加入重力加速度。为了利用惯 性效果来模拟重力，应当在重力的相反方向施加惯性项，即在Y方向 施加一个加速度荷载相当于模拟-Y方向的重力： GUI：Menu Main> Solution>Apply>Gravity
三、加载及约束
1、荷载计算及转化 (1) 荷载计算 对深埋隧道用《隧规》推荐的统计法公式计算得： 竖向围岩压力：q=54084.25Pa； 水平围岩压力：e＝0.15 q=8112.64Pa (2) 匀布荷载转化为等效节点荷载 将匀布荷载按如下步骤转化成等效节点力。 A、列出结构上所有节点坐标 GUI：Utility Menu>List>Nodes
计算中考虑结构自重对结构内力的影响，还应在此输入材料的密度。 Nonlinear-Density
4、模型建立 （1）第一段圆弧的输入（圆心：0，－3.41，起点： 0，0，圆心角：45º ）
Menu menu：Preprocessor>Material Props>Modeling Create>Lines Arcs>By Cent & Radius
ANSYS计算算例
• 拱形结构算例 – 铁路隧道 – 公路隧道 – 地铁区间隧道(矿山法施工) 矩形框架结构 – 地下街 – 地下停车场 – 地铁车站 圆形结构 – 地铁区间隧道(盾构法施工)
•
•
拱形结构分析步骤
某单线电化铁路隧道衬砌如下图
a. 岩体特性 23 kN/m3 岩体为 III 级围岩，隧道埋深100m；岩体重度 围岩的弹性反力系数 K 1200 MPa/m，基底围岩弹性反力系数K a 1.25K 。 b. 衬砌材料 采用 C20 混凝土；重度 h 25 kN/m3，弹性模量E c 27 GPa 混凝土衬砌轴心抗压强度标准值 f ck 13.5 Mpa 1.7 MPa。 f 混凝土轴心抗拉强度标准值
按下<Apply>重复拾取其他点，并重复上述操作，完成第一段圆弧的径向弹簧设置。
（2） 顶部第二、三段圆弧径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，再定义第二、三段圆弧的局部坐标，并激活， 然后按上一步中的B步分别生成两段圆弧上径向弹簧。 （3） 直边墙径向弹簧的设置 首先激活全局直角坐标，按（1）中B步分别生成直边墙径向弹簧。 注意 DX，DY，DZ的代表意义及输入。