基于ANSYS的土石坝应力变形有限元分析
材料力学法及ANSYS有限元法在金鼎寺水库重力坝应力分析中的应用
１ 工程概况
拟 建金 鼎 寺 水 库位 于 重 庆 市 永 川 区 东部金 龙 镇 金 鼎 村 小 河坝处。 是 一 项 以场 镇供 水 为主 ， 兼农 业 灌 溉 、 农 村人 畜饮 水 及 ２ 材料 力学法分析大坝应力 旅 游 等 综合 利 用 效 益 的 Ⅲ等 中型 水库 工 程 ， 总库 容 １ ０ ８ ０万ｎ ３ ， 材 料 力 学 法 分析 重 力 坝应 力 应 用 最 广 ， 也 最 简便 ， 也 是 重 正常库容 ９ ８ ２万 ｎ ｌ 。该工程从 ２ ０ ０ ５年规 划 建 设 ， 至 ２ ０ １ ３年 力 坝 设 计规 范 中规 定 采 用 的 计 算 方 法 。 这 个 方 法 有 长 期 的 实 多年 的 工程 实 践 证 明 ， 对 于中等高度的 坝 。 应 用 这 一 基 本 完成 了其 前 期 勘 察 设 计 工 作 。２ ０ １ ３年 １ ２月主 坝 建 设 正 践 经 验 ． 方法． 并 按 规 定 的指 标 进 行 设 计 ． 可 以保 证 工 程 的 安 全 。 式 启动 。 根 据 金 鼎 寺 水 库 大 坝 的 地 形 地 质 情 况及 大 坝 设 计 断 面 ， 主要建筑物大坝为 Ｃ １ ５混凝 土埋 块 石 重 力 坝 ， 为 ３级 建 筑物． 坝 轴 线 长 ２１ ２ ． ９ ｍ． 分 为 溢 流坝 段 和 非 溢 流 坝 段 。 大 坝 非 结合 现 行 规 范要 求 ，分 析 大坝 应 力计 算 的 主要 内容 为 大 坝 坝 溢流坝段 长 １ ８ ０ ． ９ ｍ， 坝顶 高程 ３ ０ ６ ． ５ ｍ， 坝顶宽为 １ ０ ． ０ ｍ， 最 大 基 面 的垂 直 应 力 及 大 坝 坝 体 折 坡 处截 面 的应 力 。 计 算 工 况 及 坝高３ １ ． ２ ｍ， 最大坝底 宽 ３ ４ ． ８ ｍ． 上 游 边坡 比 １ ： ０ ． ２ ， 折 坡 点 高 荷 载组 合 按 现 行 规 范确 定 。 工 况主 要 考 虑 了不 同 水位 运 行 期 程 ２ ８ ７ ． ５ ｍ， 下游边坡 比 １ ： ０ ． ８ ５， 折 坡 点 高程 ３ ０ ２ ． ５ ０ ｍ； 溢 流 坝 及 施 工期 ： 荷 栽 组 合 主要 考 虑 了 自重 、 静 水压 力 、 扬压 力、 淤 沙 浪压 力、 土压力等 ， 工 程 区地 震 基 本 烈 度 为Ⅵ 度 ， 不考 虑 段长 ３ ２ ． ０ ｍ，最 大 坝 高 ２ ２ ． ５ ｍ．最 大 坝 底 宽 ３ ４ ． ８ ｍ，堰 顶 高程 压 力 、 ２ ９ ９ ． ５ ０ ｍ． 有 闸控 制表 孔 溢 流 ， 上 游边坡 比 １ ： ０ ． ２ ， 折 坡 点 高 程 地 震 荷 载 作 用 。 ２ ８ ７ ． ５ ｍ。 下 游 边 坡 比 １： ０ ． ８ ５。 折坡点高程 ３ ０ ２ ． ５ ０ ｍ。 大坝坝基面的垂直应力计算采用的公式为 《 混凝 土重力 坝 址 区属 中 浅丘 地 貌 ， 河谷 横 断面 呈 宽 缓 “ Ｕ” 型。坝址 区 坝设计规范》 （ Ｓ Ｌ ３ １ ９ — ２ ０ ０ ５ ） ６ ． ３ ． ３ ： 大 坝 坝 体 折 坡 处 截 面 的主 应 内 出露 的 地 层 主要 为 第 四 系和侏 罗 系 中下 统 自流 井 组 。坝 址 力计 算 采 用 的公 式 为 该规 范 附 录 Ｃ给 定 的公 式 。选 择 大坝 最 位 于 东 山背 斜 南 东翼 ， 岩层倾向右岸 ． 走向２ ５ ～ ３ ５ 。 ， 倾向 ｌ １ ５ ～ 大 断 面 最 大进 行 计 算 ， 计 算 中采 用 的 主 要 参 数 见 表 １ ， 计 算 成 １ ２ ５ 。 ． 倾角５ ４ ～ ６ ０ ｏ ． 坝 址 范 围 内地 表 未见 断层 发 育 。 泥 岩 中 裂 果 见 表 ２及 表 ３ 依据现行规 范， 重力坝坝基面坝踵 、 坝趾 的 垂 直 应 力 应 符 隙短小． 以风 化 裂 隙为 主 ． 砂 岩 中主要 发 育三 组裂 隙。 整 个坝 址
基于ANSYS软件的坝体加固有限元分析及开裂模拟
和 施 工 时 科技 水 平 的 限制 ， 地 质勘 测 、 设计 、 施 工都 存 在 一 些 隙 的 大 小 决 定 了新 旧 坝体 分担 上 游 水 压 力荷 栽 的 大 小 。 当新 问题 ． 随 着坝 体 老 龄 化 ， 这 部 分 水 库 不 能在 原 有 设 计 工 况 下 正 旧 坝体 结合 面之 间 的 空 隙较 大 时 ．混 凝 土 单 支墩 大 头 坝 将 承 常运行 ， 进 行 除 险 加 固是 十 分 迫 切 和 必要 的 。 本 文 采 用有 限单 担 较 大 的上 游水 压 力 。 在 高 应 力作 用下 。 坝体 可能 会 发 生局 部 元法 。 针 对 茶 安 水 库 混 凝 土单 支墩 大 头 坝 坝 体加 固这 一 案 例 ． 开 裂破 坏 。因此 ， 有 必 要 采 用 有 限 单 元 法 对 结合 面 空 隙的 大 小 对加 固后 坝体 在 不 同 工 况荷 载 的应 力一 应 变进 行 了模 拟 分 析 ． 对 旧坝 结构 受力 的 影 响 进 行研 究 。 得 出 了大 坝 的 应 力 和位 移 分 布 规 律 ，并 对 坝 体 开裂 进 行 了模 ３ 计算模型及 方法
均 按 各 向 同性 线 弹 性 体模 拟 ， 开裂 采 用 分 布 式 裂缝 模 型 模 拟 。 大 坝 三 雏有 限元 计 算 范 围 ： Ｘ 方 向 由右 岸 指 向 左 岸 ： Ｙ 轴
由 下游 指 向上 游 ； Ｚ轴铅 直 向上 。
灌溉 为 主 的 Ⅲ 等 中 型水 库 ． 现 有 大 坝 为 混凝 土单 支墩 大 头 坝 。 由 ９个 支 墩 和 左 右 岸 边 墩 组 成 ， 坝 顶高程 ２ １ １ ． ６ ４ ５ ｍ。 最 大坝 高４ １ ｍ， 坝顶宽 ３ ． ２ ｍ， 支墩 之 间 设 有 ０ ． ６ ｍ厚的肋墙 ， 间距 ５ ｍ， ２ ０ ０ ２年 除 险 加 固 时在 支墩 空 腔 采 用 了钢 筋 混 凝 土 底 拱 ． 底 拱
土石坝有限元分析(ANSYS)-渗流分析命令流
土石坝有限元分析（ANSYS）－渗流分析命令流土石坝渗流分析，采用非饱和土渗流参数，迭代计算浸润线，根据前次计算结果，不断修改单元的渗透系数和浸润逸出点位置，直到满足精度要求。
本算例的土石坝体型比较简单.采用非饱和渗流计算.即渗透系数为空隙压力的函数.首先建立一个数据文件PPPP.TXT，存储渗透系数函数关系，如下。
第一列为空隙压力值（水头M)，第二列为渗透系数指数，渗透系数等于10^A(M/D)。
! -10.00 -4.0E+00! -9.00 -3.6E+00! -8.00 -3.2E+00! -7.00 -2.8E+00! -6.00 -2.4E+00! -5.00 -2.0E+00! -4.00 -1.6E+00! -3.00 -1.2E+00! -2.00 -8.0E-01! -1.00 -4.0E-01! 0.00 0.0E+00!土坝顶宽4M，上下游坡比均为1:2，总高12M，底宽52M。
上游水深8M，下游无水。
FINISH/CLEAR/TITLE, EARTHDAM SEEPAGE/FILNAME,SEEPAGE5/PLOPTS,DATE,0*DIM,TPRE,TABLE,11,1,1,PRESS,KKPE ! 定义水压与渗透系数的关系数组*TREAD,TPRE,PPPP,TXT ! 读入数组*DIM,NCON,ARRAY,4 ! 定义数组，用于存贮单元四个节点号/PREP7SMRT,OFFANTYPE,STATIC ! THERMAL ANALYSISET,1,PLANE55MP,KXX,1,1 ! 饱和状态下的渗透系数MP,KXX,2,1E-4 ! 完全干燥下的渗透系数，假设空隙水压力小于-10M时K,1,24,12K,2,24,0K,3,0,0K,4,28,12K,5,28,0K,6,52,0L,1,3L,1,2L,4,5L,5,6L,4,6LESIZE,ALL,,,24A,1,3,2A,1,2,5,4A,4,5,6MSHK,2 ! MAPPED AREA MESH IF POSSIBLEMSHA,0,2D ! USING QUADSAMESH,ALL ! MESH AREASNUMMRG,NODE ! MERGE NODES AT BOTTOM OF CAISSON*GET,N_MAX,NODE,,NUM,MAX ! 获得最大节点号*GET,E_MAX,ELEM,,NUM,MAX ! 获得最大单元号*DIM,N_TEMP,ARRAY,N_MAX ! 定义节点温度变量-总水头*DIM,N_PRE,ARRAY,N_MAX ! 定义节点压力水头变量!定义上游面总水头值LSEL,S,LINE,,1NSLL,S,1NSEL,R,LOC,Y,0,8D,ALL,TEMP,8 !定义上游面总水头值!定义下游面总水头值LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1*GET,N_NUM2,NODE,,COUNT*DIM,N_NO2,ARRAY,N_NUM2II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中II=II+1N_NO2(II)=I ! 存储渗流可能逸出点节点编号*ENDIF*ENDDONSEL,R,LOC,Y,0,8 ! 第一次计算，假设浸润线逸出点在8M高位置,与上游同高*GET,N_NUM,NODE,,COUNT ! 获得渗流出口节点总数*DIM,N_NO,ARRAY,N_NUM ! 定义变量,存储渗流出口节点编号II=0*DO,I,1,N_MAX*IF,NSEL(I),EQ,1,THEN ! 判断节点是否选中N_NO(II)=I ! 存储渗流出口节点编号*ENDIF*ENDDO*DO,I,1,N_NUMD,N_NO(I),TEMP,NY(N_NO(I)) ! 定义下游面总水头值*ENDDOALLSEL,ALLFINISH/SOLUSOLVEFINISH!第一次计算完毕!------------------------------------------------------------------------- !迭代计算CONUTT=20 ! 最大循环次数DD_HEAT=0.001 ! 前后两次计算，总水头最大允许计算差CHUK_ST=3 ! 出口边界条件重新设定的起始点CHUK_MAXY2=10E5 ! 临时变量，用于存储浸润线出口坐标*DO,COM_NUM,1,CONUTTDD_H=0/POST1SET,1*DO,I,1,N_MAX*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THENDD1=N_TEMP(I)*IF,ABS(DD1-TEMP(I)),GT,DD_H,THENDD_H=ABS(DD1-TEMP(I))*ENDIF*ENDIFN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点温度（总水头）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标*ENDDO*IF,COM_NUM,GT,CHUK_ST+1,THEN*IF,DD_H,LE,DD_HEAT,THEN*EXIT*ENDIF*ENDIF/PREP7! 重新给每个单元设定材料MATNUM=2*DO,I,1,E_MAX*DO,KK,1,4*GET,NCON(KK),ELEM,I,NODE,KK ! 获取单元四个节点编号*ENDDOTEMP_Y=(N_TEMP(NCON(1))+N_TEMP(NCON(2))+N_TEMP(NCON(3))+N_TEMP(NCON (4)))/4 !计算单元中心点平均温度RESS_T=TEMP_Y-CENTRY(I)*IF,PRESS_T,GT,0,THENRESS_T=0MPCHG,1,I*ELSEIF,PRESS_T,LT,-10,THENRESS_T=-10MPCHG,2,I*ELSEMP,KXX,MATNUM+1,10**TPRE(PRESS_T)MPCHG,MATNUM+1,IMATNUM=MATNUM+1*ENDIF*ENDDO! 重新设定出口边界条件*IF,CONUTT,GT,CHUK_ST,THEN !前CHUK_ST次采用原边界条件LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1DDELE,ALL,TEMP ! 删除原边界条件II=0CHUK_MAXY=0*DO,JJ,1,N_NUM2*IF,N_TEMP(N_NO2(JJ)),GE,NY(N_NO2(JJ)),THEND,N_NO2(JJ),TEMP,NY(N_NO2(JJ)) ! 总水头=Y坐标*IF,NY(N_NO2(JJ)),GT,CHUK_MAXY,THENCHUK_MAXY=NY(N_NO2(JJ))*ENDIF*ENDIF*ENDDO*IF,CHUK_MAXY2,NE,CHUK_MAXY,THEN ! 判断前后两次计算的浸润线出口位置是否相同NSEL,R,LOC,Y,CHUK_MAXY ! 选择最高节点*IF,CHUK_MAXY,GT,0,THENDDELE,ALL,TEMP ! 删除出口最高节点边界条件*ENDIFCHUK_MAXY2=CHUK_MAXY*ENDIF*ENDIFALLSEL,ALLFINI/SOLUSOLVEFINISH*ENDDOSAVE!迭代计算完毕，进入后处理FINISH/POST1/CLABEL,,1/EDGE,,0/CONTOUR,,8,0,1,8PLNSOL,TEMP ! 显示总水头云图PLVECT,TF, , , ,VECT,ELEM,ON,0PLVECT,TF, , , ,VECT,NODE,ON,0LSEL,S,LINE,,6NSLL,S,1PRRSOL,HEAT ! PRINT FLOWRATE THROUGH SOIL FSUM,HEAT ! 计算渗流量*GET,Q_DAY,FSUM,0,ITEM,HEATALLSEL,ALLSAVE*DO,I,1,N_MAXN_TEMP(I)=TEMP(I) ! 计算节点总水头（温度）N_PRE(I)=N_TEMP(I)-NY(I) ! 计算节点压力，总水头-Y坐标DNSOL,I,TEMP,,N_PRE(I) ! 将压力水头值复制到节点*ENDDOPLNSOL,TEMP ! 显示压力水头云图FINI。
利用ANSYS 模拟大坝的运行期应力变形
利用ANSYS模拟大坝的运行期应力变形1.主要步骤：
S1：在Auto CAD里面按照给出尺寸绘图并导入到ANSYS软件中。
S2：通过命令流或者GUI操作来设置材料并给其赋值。
S3：通过APDL命令或者建模的“Operate”里面的“Extrude”沿Z轴将面拉成体，注意距离为10。
S4：按照题目要求，通过APDL或者“Meshing”里面的“Mesh Attributes”给体赋值材料号。
S5：划分网格，先将线分段再划分网格，注意在给侧面划分网格时划分份数为2，并将“KYNDIV SIZE,NDIV can be changed”勾选去掉，否则划分网格时划分份数会有变化。
S6：通过APDL或者“Solution”里面的“Define Loads”添加边界条件和自重。
S7：模拟初始状态，“杀死”坝体单元，求解。
S8：模拟完建状态，“激活”坝体状态，求解。
S9：运行期，施加水荷载，计算扬压力，求解运行期。
S10：创建荷载工况，查看结果。
2.导出结果：2.1初始状态模拟
2.2完建状态模拟
2.3运行期模拟
2.4运行期的变形图
2.5运行期的第一应力图
2.6运行期的第一应力等值线图
2.7运行期总位移变形图
2.8运行期总位移变形等值线图。
有限元法的变分原理及其在土石坝设计中的应用
有限元法的变分原理及其在土石坝设计中的应用有限元法是采用直接法计算变分问题的重要方法，在土木工程计算领域的分析软件如ANSYS、Workbench、Autobank等均以变分法为理论基础。
本文将就有限元法的变分原理作一简单梳理，并采用Autobank软件建模分析某土石坝的渗流场及应力变形，计算结果表明大坝应力变形符合工程实际，计算分析对大坝设计工作起到了指导作用。
标签：有限元；变分法；Autobank；土石坝设计；应力变形分析引言随着坝工技术的发展，土石坝建设高度越来越高，其应力和变形计算越来越关系到大坝安全。
因此，结构计算分析将会在土石坝的设计和科学研究中发挥越来越重要的作用。
有限元法的理论基础为变分法，变分法历史悠久，是近代发展起来的一门重要数学分支，在工程技术及科学研究中有着广泛的应用。
变分法起源于泛函的极值问题，其关键定理是欧拉-拉格朗日方程。
Autobank软件应力变形分析模块是以变分法为理论基础开发的一款有限元分析软件，提供线弹性模型、非线性模型（如邓肯E-B、E-μ模型）等，在水利工程设计中有着广泛的应用。
1、有限元法简介目前在水利工程结构分析领域常用的数值计算方法有：有限差分法FDM、有限元法FEM、边界元法BEM、离散元法DEM等，其中有限元法是应用最广泛的方法。
有限元法是以变分原理为基础发展起来的，是一种高效的数值计算方法。
工程计算和科学研究领域，常常需要求解各类常微分方程（组）、偏微分方程（组），而许多微分方程（组）的解析解很难得到，甚至无法求出。
使用有限元法将微分方程离散化后，编制计算机程序辅助求解，是一种可行且高效的方法。
2、有限元法的变分原理2.1 泛函及其极值设有泛函的极值问题：研究泛函在某函数类中的极值问题即变分问题，例如最小曲面问题、悬链线问题、边坡稳定最小安全系数的滑弧问题、重力坝的最优断面问题等。
研究泛函极值的方法即变分法。
直接法是求解泛函极值的近似方法，对于无法求解解析解的变分问题及工程计算，有着及其重要的作用。
应用ANSYS软件进行混凝土重力坝的有限元静力和模态分析
应用ANSYS软件进行混凝土重力坝的有限元静力和模态分析丰梦梦等【摘要】采用ANSYS结构分析软件，通过对某小型混凝土重力坝工程进行有限元静力和模态分析，研究探讨了坝体在满库工况下的变形和应力分布，以了解坝体在工况下的工作形态。
同时，进行高阶模态分析，了解坝体的自振频率和振型并进行简单分析，最后做总结【关键词】ANSYS软件静力分析模态分析混凝土重力坝1 前言我国土地辽阔，水资源丰富，可以开发的水电容量约为3.78亿KW，据世界第一位。
目前我们已经修建了如三峡、小浪底等大型水利水电工程，而这些工程也在我国经济建设中发挥了巨大的作用。
建国以来，随着技术的提高，各种各样型式的重力坝在坝工设计中占了很大的比重。
重力坝是一种主要依靠坝体自重产生的抗滑力来维持自身稳定的坝型。
近年来，混凝土重力坝在重力坝中所占的比重越来越大。
混凝土重力坝以具有安全可靠，耐久性好，抵抗渗漏、设计和施工技术简单，易于机械化施工、对不同的地形和地质条件适应性强等优点而被广泛应用[1]。
但由于许多坝都是建立在地震多发和高烈度地区，一旦遭到破坏将会带来难以估计的经济和损失，因此对大坝做模态分析，计算分析它的固有频率和振型，为重力坝的抗震稳定性分析奠定基础。
2 有限元模型建立某工程非溢流混凝土重力坝，高17米，宽24米，顶宽5米。
上游面坡度为1：0，下游面坡度为1：0.8[2]。
假设大坝的基础是嵌入到基岩中，地基是刚性的。
大坝采用的材料参数为：弹性模量E=3.5GPa，泊松比ν=0.2，容重γ=25KN/m3。
水的质量密度1000kg/m3。
模型见图一2.1静力分析SOLID186是一个高阶3维20节点固体结构单元，SOLID186具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网。
本文使用SOLID186单元进行数值模拟分析。
按照满库状态施加荷载，基础是刚性，底面施加约束，对整个重力坝施加重力荷载，然后求解分析。
分析结果见图二、图三、图四、图五。
基于Ansys对于坝体的三种工况研究讲解
基于Ansys对于坝体的研究分析报告坝体及相关建筑在使用过程中，会承受如重力、净水压力、淤泥荷载、浪压力、扬压力等各种作用，而我们在设计、建造这个建筑之前，要分析其产生的应力、应变进而选取材料和校核材料的安全性。
为分析所需，基于Ansys软件建立相应的模型，并施加荷载和作用，在三种工况下校核结构的安全性。
一：分析对象1：坝体的几何参数：2：基岩的几何参数：二：作用及荷载（1） 约束基岩左右两端受x 方向的位移约束，基岩下端受x 、y 两个方向的位移约束。
（2）静水压力正常蓄水位高程91.75m ，防洪高水位97m ，校核洪水位101m 。
对应下游水位分别为15m ，20m 和25m 。
（3）泥沙荷载坝前泥沙淤积高程： 25m 。
坝前泥沙浮容重：6.0kN/m 3，淤沙内摩擦角：12°。
坝面上单位宽度上的泥沙压力为221(45)22s sk sb s p h tg ϕγ=︒- 式中： sk p ——淤沙压力标准值（KN/m ）；sb γ——泥沙的浮容重，取6kN/m 3；s h ——泥沙淤积深度（m ）；s ϕ——淤沙的内摩擦角，12°。
（4）浪压力50年一遇计算风速21m/s ，多年平均最大风速14m/s ，有效吹程1km 。
（5）扬压力取渗透压力强度系数α＝0.25，帷幕中心线坐标X=10m 。
三：选用单元及划分网格1) 单元选择：Solid –Quad 4node 422) 材料参数：坝体和基岩分别设置，见上图。
3) 划分网格：坝体部分-外围线按1m 每格划分，整体按自由网格划分。
基岩部分-靠近坝体网格密集，坝基面水平线上基岩外围线按20份、4的比率划分；垂直地表的按20份、0.25的比率划分；基底均分。
整体基岩自由网格划分。
四：三种工况的具体Ansys设置1)正常蓄水位（其中括号内为承载能力极限状态时的分项系数）上游水位高程为91.75m，下游水位高程为15m。
（1）上下游静水压力（分项系数为1.0）gradient 斜率为-9810 沿y轴方向，分别取91.75m和15m在各自位置。
基于ANSYS的有限元分析
有限元大作业基于ansys的有限元分析班级：学号：姓名：指导老师：完成日期：ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD 等。
是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。
目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
2D Bracket问题描述:We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element.1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa.3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge.4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The load is 2625N/m.5.Objective: a.Plot deformed shapeb.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these)c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see howd.principal stress and von Mises stress change.一，建立模型1设置工作平面在ansys主菜单里找到workplane>wp settings,输入如下参数。
坝体的有限元建模与应力应变分析1
Project2 坝体的有限元建模与应力应变分析计算分析模型如图2-1 所示, 习题文件名: dam 。
图2－1 坝体的计算分析模型选择单元类型Solid Quad 4node 42 Options… →select K3: Plane Strain定义材料参数EX:2.1e11, PRXY:0.3模型施加约束✓ 分别给下底边和竖直的纵边施加x 和y 方向的约束✓ 给斜边施加x 方向的分布载荷：ANSYS 命令菜单栏: Parameters →Functions →Define/Edit →1) 在下方的下拉列表框内选择x ,作为设置的变量；2) 在Result 窗口中出现{X},写入所施加的载荷函数：1000*{X}；3) File>Save(文件扩展名：func) →返回：Parameters →Functions →Read from file ：将需要的.func 文件打开，任给一个参数名，它表示随之将施加的载荷→OK →ANSYS Main Menu: Solution →Define Loads →Apply →Structural →Pressure →On Lines →拾取斜边；OK →在下拉列表框中，选择：Existing table →OK →选择需要的载荷参数名→OK单元控制 纵边20等分；上下底边15等分结果显示ANSYS Main Menu: General Postproc →Plot Results →Deformed Shape… → select Def + Undeformed →OK (back to Plot Results window)→Contour Plot →Nodal Solu… →select: DOF solution, UX,UY, Def + Undeformed , Stress ,SX,SY,SZ, Def + Undeformed →OK。
土石坝有限元分析
土石坝有限元分析1 •问题描述采用邓肯-张模型对土石坝施工过程和蓄水状态受力情况进行分析，选择通用有限元分 析软件ANSYS 作为研究平台，计算土石坝竣工期竖向方向沉降、水平方向沉降、最大主应 力和最小主应力情况。
坝体结构示意图如图1所示。
本文主要完成以下工作：采用 ANSYS内部参数化设计语言 APDL 编写邓肯-张模型计算材料弹性参数；使用中点增量法计算每步施 工单元材料弹性参数；根据位移修正算法，编写专用程序对计算结果进行处理，获得坝体沉降云图。
(本文针对每个步骤提供相应的 APDL 程序，方便后续研究人员进一步研究，也希望阅读本文的读者能够将自己的研究成果与大家分享。
相关程序可能存在错误， 笔者也未能表1各分区材料的物理力学参数披号 (KN/m' >i KN/m' )K岛审f() &Cz (t/m*)()①1H P 934000.3 <1 5 35fl.H225612.751.W MH tun n.2 0.4Sn务(1 7 ③17,27wc.2 n.Sfr i 5n n.fits.w1<1,W1“MO K40 0.3 “50.4352H.7仿真分析结果如下图。
图2竖向沉降位移云图urvkz. soLnrrcMQTEZMTUXEJLVY3)M¥5-0PHM ・・471a sra ■-・iDt43fcAMK -a M«L2»-,lj6^3S -・ 7 60 ?7T-a 01：i51S-#03524e.907211 图3水平方向位移云图NQML aoLurrwa RSr3^0 EKS --21471B SM« ■-.Z144^B X ■・C2£397 AHSYS ReiMae lT.gBuild 1 " . Li--214426-.inn=T™is-.1J41S3■■口血M-.M712 汕7MfSYS R B 1«4?B IJ.OEuild 1丁・0rDZ^gil图4最大主应力云图f g”TJTTEti-113mYOPIM-2M0L7-14A504图5最小主应力云图hv- FLF^rrrSTET^-15 3UB 二 1TIHE-15tMK3 帼—吕MX -32121,3Ml^va He L ea se 17 ・QE-LLld 17-0仿真分析流程图如下图。
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成为土石坝设计 的必要 步骤 。对土 石坝 应力 和变 形分 析最 有 效 、 准 确 的 方 法 是 有 限元 法 。 最
Ａ Ｓ Ｓ软件是一个 功能 强大 的大 型通 用有 限元 分 析软 ＮＹ
用三维 问题 的摩 尔 一 库仑准则 的抗 剪强度 代替 （ 一 １
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件， 融结构 、 、 热 流体 、 电磁 、 学于一体 ， 泛应用于核工 业 、 声 广
第 ８ 第 ４期 卷 ２０１０年 ８月
水 利 与建 筑工 程学 报
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Ｖ０ ． １８ Ｎｏ． ４ ｕ ｇ．，２０１０
基 于 Ａ Ｓ Ｓ的 土 石 坝 应 力 变 形 有 限 元 分 析 ＮＹ
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（ ｕｄ ｎＤｑ Ｘａｇｅｌ ｏ ｅ ＧｎｒｔｎＣ ． ｉ． Ｏｑ ，Ｙ ｎａ ７４ ２ ｈ ａ Ｇ ｏｉ ｉ￣ ｉ ｇｌａＰ ｗｒ ｅｅ ｉ ｏ ，Ｌｄ ， ｉ￣ ａ ｉ ｎ ｉ ａｏ ｉ ｕｎ ｎ６４ ０ ，Ｃ ｉ ） ｎ
关 键 词 ：土石 坝 ； Ｎ Ｙ ； Ｐ Ｌ语 言 ；邓 肯 一张模 型 ； 限元 分 析 Ａ ＳＳ Ａ Ｄ 有 中 图分 类 号 ： Ｖ ４ ． Ｔ ６１１ 文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６２ １４ （ｏ０ｏ 一Ｏ ０一 ｏ 】ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｅ ｓＤｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｈ－ ｏ ｋ Ｄａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｙ ｉ ｎ Ｓ ｒ ｓ ｆ ｒ ｔ ｆＥａ ｔ ｒ ｃ ｍ Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳ ｏ ＹＳ
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土石坝是历史最悠久 的坝型 。由于它施工 简单 、 造价便
宜 且 能 适 应 复 杂 地 质 条件 等 优 点 ， 广 泛 应 用 于 各 种 水 利 工 被
替（ ３，从 而 推广 到三 维 问题 ， 口 一 ）， 计算 成 果较 好 ， 引。主
要公式如下 ：
Ｐ ： —— — ＝ —— 一 （） ｌ １
（） ２
程 中。然而随着土石 坝高度 的不断增加 ， 限于渗 流和稳定 仅 计算已经不能满足现代土 石坝设计 的要 求 ， 力应变分 析也 应
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吴 业 飞 ，马 海 霞
（ 电迪 庆 香 格 里 拉 发 电有 限责 任 公 司 ， 南 迪 庆 ６４ ０ ） 国 云 ７４２
摘
要 ：因 自身无邓肯 一张模 型， 使得应 用广泛的有 限元软件 Ａ Ｓ Ｓ在 土工有 限元分析 中的应 用 范围 ＮＹ
和适 用性受到限制 。本 文利 用 Ａ Ｓ Ｓ提供 的 Ａ Ｄ ＮＹ Ｐ Ｌ参 数化设 计语 言进行 二 次开发 ， 编制 相应 的程序 建 立土体的邓肯 一张模 型 ， 以模拟 土体 的 实际特性 ， 并对一均质坝算例进 行验证。计算结果表 明所编制 的 程序 满足土石坝有 限元计 算的数值要 求， 较好 的反 映 了土石坝的应力 、 变形规律 。
Ａｂ ｔａ ｔ ｎ ｇ ｏｅ ｈ ｉａ ｎｔ ｌｍｅ ｔａ ａｙ ｉ，ｔｅｅａｅ ｍａ ｙｒｓｒ ｔ ｎ ｎ ｔｅａ ｐｉａｉｎ ｓｏ ｅａ ｄ ａ ｐ ｉａ ｉｔ ｆｔｅｆ— ｓｒ ｃ ：Ｉ ｅ ｔｃ ｎ ｃ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｈ ｒ ｒ ｎ ｔｉｉ ｓｉ ｐ ｌｃ ｔ ｃ ｐ ｎ ｐ ｌ ｂｌ ｙｏ ｌ ｉ ｅ ｅ ｃｏ ｈ ｏ ｃ ｉ ｈ ｉ ｎｔ ｌｍｅ ｔｓｆ ｒ ｉ ｅｅ ｎ ｏｔ ｅ ＡＮＳ ｉｈ ｉ ｗｉ ｏ ｔＤｕ ｃ ｎ Ｃｈ ｎ ｄ １ Ｉ Ｉｅ ｏ ｓｍｕａｅ ｔ ｅ ｐａ ｔ ａ ｈ ｒｃｅｉｔ ｆｅ ｒ ｅ ｗａ ＹＳ ｗｈｃ Ｓ ｔ ｕ ｎ ａ ａ ｇ ｍｏ ｅ ． ｎ ０ｄ ｒｔ ｉ ｌｔ ｈ ｒｃｉ ｌｃ ａａ ｔｒｓｉ ｏ ａｔ ｈ ｃ ｃ ｈ ｍａ ｓ ｓ ，Ｄｕ ｃ ｎ Ｃ ａ ｇｍｏ ｅ ｓｆｒ ｄｏ ｈ ａｉ ｆｓ ｃ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ＤＬ ｐ ｒｍｅｅ ｅ ｉｎ ｌｎ ｕ ｇ ｉｈ ｉ ｒｖｄ ｄ ｎ ａ － ｈ ｎ ｄ ｌｉ ｏｍｅ ｎｔ ｅｂ ｓｓｏ ｅ ｏ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｆＡＰ ａａ ｔｒｄ ｓｇ ａ ｇ ａ ｅｗｈｃ ｓｐ ｉｅ ｏ ｂ ｖ ＡＮＳ ＹＳ．ａ ｄ ｔｅ ｃ ｌｕａｉｎ ｅ ａ ｌ ｎ ａ ｓｔｏ ｉ ａ ｉ ｖ ｒ ｅ ｅ ． Ｔ ｅ ｒｓ ｔ ｎ ｉａｅ ｔａ ｈ ｏ ｉ ｄ ｐ ｇａ ｎ ｈ ａｃ ｌｔ ｘ ｍｐｅ ｏ ｎ ｉｏｒｐｃ ｄ ｍ Ｓ ｅｉ ｄ ｈ ｒ ｏ ｉ ｆ ｅ ｈ ｅｕ ｓ ｉｄｃ ｔ ｈ ｔｔｅ ｃ ｍｐｌ ｒ ｒｍ ｌ ｅ ｏ