6.2 地铁明挖隧道结构力学分析
材料、实常数和单元类型定义
/NOPR !菜单过滤设置
KEYW,PR_STRUC,1 !保留结构分析部分菜单
/PREP7 !进入前处理器
ET,1,BEAM3 !设置梁单元类型
ET,2, COMBIN14 !设置弹簧单元类型
R,1,0.5,0.0104167,0.5, , , , !设置梁单元几何常数
R,2,30e6, , , !设置弹簧单元几何常数
MP,EX,1,,30e9 !输入弹性模量
MP,PRXY,1,,0.2 !输入泊松比
MP,DENS,1,,2500 !输入密度
SAVE !保存数据库
3. 建立几何模型
K,1,0,0,0, !创建关键点
K,2,5,0,0,
K,3,5,5,0,
K,4,0,5,0,
K,5,-5,5,0,
K,6,-5,0,0,
LSTR, 1, 2 !通过关键点创建直线
LSTR, 2, 3
LSTR, 3, 4
LSTR, 4, 5
LSTR, 5, 6
LSTR, 6, 1
LSTR, 1, 4
SAVE !保存数据，生成的直线如图6-4所示。
4. 单元网格划分
（1）设置单元大小并将所有直线划分单元。
LESIZE,ALL,0.5, , , ,1, , ,1, !设置单元大小，本次划分成0.5m长
TYPE, 1 !设置将要创建单元的类型
MAT, 1 !设置将要创建单元的材料
REAL, 1 !设置将要创建单元的几何常数
LMESH,all !将所有直线划分单元
/PNUM,KP,0 !以下为显示单元编号和颜色
/PNUM,ELEM,1
/REPLOT !重新显示
SAVE
（2）采用节点复制命令进行创建弹簧单元节点操作。
FLST,4,19,1,ORDE,4 !选择要复制的节点数量和起始点
FITEM,4,22
FITEM,4,-31
FITEM,4,33
FITEM,4,-41
NGEN,2,69,P51X, , , ,0.75, ,1, !复制生成新的节点，Y坐标增加1，节点号增加69
FLST,4,19,1,ORDE,5
FITEM,4,1
FITEM,4,3
FITEM,4,-11
FITEM,4,52
FITEM,4,-60
NGEN,2,110,P51X, , , ,-0.75, ,1,
FLST,4,9,1,ORDE,2
FITEM,4,43
FITEM,4,-51
NGEN,2,170,P51X, , ,-0.75, , ,1,
FLST,4,9,1,ORDE,2
FITEM,4,13
FITEM,4,-21
NGEN,2,221,P51X, , ,0.75, , ,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,32
NGEN,2,242,P51X, , ,-0.5,0.5, ,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,42
NGEN,2,274,P51X, , ,-0.5,-0.5, ,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,2
NGEN,2,316,P51X, , ,0.5,-0.5, ,1,
FLST,4,1,1,ORDE,1
FITEM,4,12
NGEN,2,318,P51X, , ,0.5,0.5, ,1,
SAVE
（3）创建弹簧单元，加了弹簧单元的单元网格如图6-5所示。
TYPE, 2 !设置将要创建单元的类型
MAT, 1 !设置将要创建单元的材料
REAL, 2 !设置将要创建单元的几何常数
E,12,330 !根据两个节点创建弹簧单元
……
E,32,274
……
E,42,316
……
E,2,318 !依次继续直到所有的弹簧单元创建完成
Finish !返回Main Menu 主菜单
6.2.3．加载与求解
1. 加载
（1）对四周各节点施加“Ux”和“Uy”两个方向的约束。
/SOL !进入求解器
FLST,2,60,1,ORDE,16 !选择要施加约束的节点
FITEM,2,91
FITEM,2,-100
FITEM,2,102
FITEM,2,-111
FITEM,2,113
FITEM,2,-121
FITEM,2,162
FITEM,2,-170
FITEM,2,213
FITEM,2,-221
FITEM,2,234
FITEM,2,-242
FITEM,2,274
FITEM,2,316
FITEM,2,318
FITEM,2,330
D,all, , , , , ,UX,UY, , , , !在“Ux”和“Uy”两个方向的施加约束
（2）施加重力加速度。
ACEL,0,10,0, !在Y方向施加重力加速度
（3）在节点上施加集中力，加上荷载和位移边界条件后的几何模型如图6-6所示。
FLST,2,19,1,ORDE,4 !在节点上施加Y方向集中力
FITEM,2,22
FITEM,2,-31
FITEM,2,33
FITEM,2,-41
F,P51X,FY,-60000 !在顶边上施加力
FLST,2,19,1,ORDE,5
FITEM,2,1
FITEM,2,3
FITEM,2,-11
FITEM,2,52
FITEM,2,-60
F,P51X,FY,76850 !在底边上施加力
F,2,FX,-32700 !在右边上施加力
F,13,FX,-62400 !在X方向施加力
F,14,FX,-59400
F,15,FX,-56400
F,16,FX,-53400
F,17,FX,-50400
F,18,FX,-47400
F,19,FX,-44400
F,20,FX,-41400
F,21,FX,-38400
F,12,FX,-17700
F,32,FX,17700 !在左边上施加力
F,43,FX,38400
F,44,FX,41400
F,45,FX,44400
F,46,FX,47400
F,47,FX,50400
F,48,FX,53400
F,49,FX,56400
F,50,FX,59400
F,51,FX,62400
F,42,FX,32700
F,2,FY,38425
F,12,FY,-30000
F,42,FY,38425
F,32,FY,-30000
SAVE
2. 求解
（1）求解前设置。
NROPT,FULL, , !采用全牛顿-拉普森法进行求解
Allsel !选择所有内容
Outres,all,all !输出所有内容
（2）求解。
Solve !求解计算
Finish !求解结束返回Main Menu主菜单
SAVE
6.2.4．后处理
1. 初次查看变形结果
（1）绘制变形图，如图6-7所示。路径为：General Postproc> Plot Results > Deformed Shape > Def＋Undeformed。
/POST1 !进入后处理器
PLDISP,1 !绘制变形和未变形图
2. 去除受拉弹簧再计算
（1）未去除弹簧单元带编号网格如图6-8所示，去除受拉弹簧单元后的网格如图6-9所示。采用单元的“生死”来模拟，即将受拉弹簧的属性赋予“死”。路径：Solution>LoadStepOptions>Other>BirthandDeath>Kill Elements。
Finish !结束后处理器操作
/sol !进入求解器
Ekill,88 !“杀死”受拉弹簧单元
……
Ekill,84 !直到所有的受拉弹簧单元都“杀死”
3. 查看内力和变形结果
（1）绘制变形图，如图6-10所示。路径为：General Postproc> Plot Results > Deformed Shape > Def＋Undeformed。
/POST1 !进入后处理器
PLDISP,1 !绘制变形和未变形图
（2）内力表格制作。路径：General Postproc>Element Table>Define Table。
ETABLE, ,SMISC, 6 ! 6、12表示弯矩
ETABLE, ,SMISC, 12
ETABLE, ,SMISC, 1 ! 1、7表示轴力
ETABLE, ,SMISC, 7
ETABLE, ,SMISC, 2 ! 2、8表示剪力
ETABLE, ,SMISC, 8
（3）查看内力，包括弯矩、轴力和剪力，如图6-11到6-13所示。路径：General Postproc> Plot Results> Contour Plot> Line Elem Res。
PLLS,SMIS6,SMIS12,-1,0 !绘制弯矩图
ESEL,U,TYPE,,2 !仅显示单元类型1
PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0 !绘制轴力图
PLLS,SMIS2,SMIS8,1,0 !绘制剪力图
6.3.2．建模
2. 材料、实常数和单元类型定义
/NOPR !菜单过滤设置
KEYW,PR_STRUC,1 !保留结构分析部分菜单
/PREP7 !进入前处理器
ET,1,BEAM3 !设置梁单元类型，模拟喷射混凝土
ET,2,PLANE42 !设置平面实体单元类型，模拟围岩
KEYOPT,2,3,2 !设置成平面应变模式
R,1,0.15,0.000281,0.15, , , , !设置梁单元几何常数
MP,EX,1,,23e9 !输入弹性模量
MP,PRXY,1,,0.2 !输入泊松比
MP,DENS,1,,2500 !输入密度
MP,EX,2,,8e9 !输入弹性模量
MP,PRXY,2,,0.28 !输入泊松比
MP,DENS,2,,2400 !输入密度
TB,DP,2,,, !输入DP模型的相应参数
TBMODIF,1,1,1.2e6 !输入凝聚理
TBMODIF,1,2,42 !输入摩擦角
MP,EX,3,,16e9 !以下输入加固圈（锚杆加固范围）参数
MP,PRXY,3,,0.25
MP,DENS,3,,2500
TB,DP,3,,,
TBMODIF,1,1,2.4e6
TBMODIF,1,2,50
SAVE !保存数据库
3. 建立几何模型
!计算范围为：埋深50m，隧道底部下14m，
!隧道左右两侧选定为34m，故整个模型为110m×70m
K,1,21,0,0, !创建关键点
K,2,15,-1,0,
K,3,27,-1,0,
K,4,0,0,0,
K,5,0,21,0,
K,6,21,21,0,
K,7,42,21,0,
K,8,42,0,0,
K,9,55,0,0,
K,10,55,21,0,
K,11,55,56,0,
K,12,0,56,0,
K,13,21,56,0,
K,14,42,56,0,
K,15,55,-14,0,
K,16,42,-14,0,
K,17,27,-14,0,
K,18,0,-14,0,
KSYMM,X,all, , , ,0,0 !对称复制所有关键点
NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有关键点
NUMCMP,ALL !压缩所有关键点编号
SAVE !保存数据库，如图6-18所示
circle,1,6 !以关键点1为圆心，半径为6画圆
circle,19,6
ldele,3,4,1 !删除直线
ldele,7,8,1
circle,1,8.5
circle,19,8.5
ldele,7,8,1
ldele,11,12,1
LSTR, 31, 24 !通过关键点创建直线
LSTR, 18, 17
LSTR, 17, 16
LSTR, 16, 15
LSTR, 15, 9
LSTR, 9, 10
LSTR, 10, 11
LSTR, 11, 14
LSTR, 14, 13
LSTR, 13, 12
LSTR, 12, 28
LSTR, 28, 29
LSTR, 29, 27
LSTR, 27, 26
LSTR, 26, 25
LSTR, 25, 30
LSTR, 30, 31
LSTR, 31, 32
LSTR, 32, 18
LSTR, 8, 9
LSTR, 8, 16
LSTR, 8, 7
LSTR, 7, 10
LSTR, 7, 14
LSTR, 33, 41
LSTR, 41, 8
LSTR, 17, 3
LSTR, 3, 33
LSTR, 18, 4
LSTR, 4, 43
LSTR, 43, 35
ldele,7
ldel,26
k,,15,-14
k,,-15,-14
LSTR,17, 49 !通过关键点创建直线
LSTR, 49, 18
LSTR, 49, 2
LSTR, 2, 35
LSTR, 18, 50
LSTR, 4, 45
LSTR, 45, 37
LSTR, 37, 20
LSTR, 20, 50
LSTR, 50, 32
LSTR, 2, 3
LSTR, 35, 1
LSTR, 1, 33
LSTR, 1, 34
LSTR, 32, 21
LSTR, 21, 39
LSTR, 21, 20
LSTR, 19, 37
LSTR, 19, 38
LSTR, 19, 39
LSTR, 39, 47
LSTR, 47, 24
LSTR, 24, 25
LSTR, 24, 23
LSTR, 26, 23
LSTR, 23, 22
LSTR, 22, 5
LSTR, 5, 6
LSTR, 6, 7
LSTR, 6, 13
LSTR, 5, 12
LSTR, 22, 28
LSTR, 23, 29
LSTR, 46, 22
LSTR, 38, 46
LSTR, 4, 5
LSTR, 42, 6
LSTR, 34, 42
SAVE !保存数据，生成的直线如图6-19所示。
AL,47,35,49,48,40 !通过线创建面
……
AL,61,69,20,21 !依次进行直到所有的面创建完成，如图6-20所示。
|
发表于 2010-7-28 21:21
提升卡
变色卡
显身卡