第9章地铁盾构隧道管片结构设计力学分析资料.doc.doc

第1章 大型有限元软件ANSYS简介119.1 管片衬砌结构力学分析过程9.1.1 前处理确定分析标题/TITLE, Mechanical analysis on segment lining of shield tunnel in Metro !分析标题/NOPR !菜单过滤设置/PMETH,OFF,0KEYW,PR_SET,1 KEYW,PR_STRUC,1 !保留结构分析部分菜单/COM, /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Structural 1 材料实常数和单元类型定义/PREP7 !进入前处理器ET,1,BEAM3 !设置梁单元类型,模拟管片衬砌ET,2, COMBIN14 !设置弹簧单元类型,模拟衬砌与地层相互作用R,1,0.3, 0.00225,0.3, , , , !设置梁单元几何常数,单位为mR,2,30e6, , , !设置弹簧单元几何常数,单位为PaMPTEMP, !设置材料模型MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,34.5e9 !输入弹性模量,单位为PaMPDATA,PRXY,1,0.2 !输入泊松比MPTEMP, !设置材料模型MPTEMP,1,0 MPDATA,DENS,1,2500 !输入密度,单位为kgSAVE !保存数据库2 建立几何模型(1)创建关键点K,100,0,0,0, !通过编号和坐标创建关键点,圆心位置K,1,0.5925,2.7877,0,K,2,-0.5925,2.7877,0, K,3,2.7105,0.8807,0,K,4,-2.7105,0.8807,0, K,5,1.6752,-2.3057,0, K,6,-1.6752,-2.3057,0, !以上6个关键点为管片环向接头位置SAVE !保存数据(2)创建盾构隧道轮廓线Larc,1,2,100,2.85 !通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧Larc,2,4,100,2.85Larc,4,6,100,2.85Larc,6,5,100,2.85Larc,5,3,100,2.85Larc,3,1,100,2.85 !以上为盾构隧道轮廓线的绘制SAVE !保存数据3 4. 创建弹簧节点所在的轮廓线(1)创建关键点K,11,0.7277,3.4235,0, !通过编号和坐标创建关键点K,12,-0.7277,3.4235,0, K,13,3.3287,1.0816,0, K,14,-3.3287,1.0816,0, K,15,2.0572,-2.8316,0, K,16,-2.0572,-2.8316,0, !以上6点对应管片接头,只是半径更大了SAVE !保存数据(2)创建左右隧道弹簧节点轮廓线Larc,11,12,100,3.5 !通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧Larc,12,14,100,3.5Larc,14,16,100,3.5Larc,16,15,100,3.5Larc,15,13,100,3.5Larc,13,11,100,3.5 !以上为盾构隧道弹簧外节点轮廓绘制,如图9-6所示SAVE !保存数据4 单元网格划分(1)设置单元大小,每6度为一单元,共60个单元,如图9-7所示lsel,s,1,7,6 !选择线1和7LESIZE,all, , ,4, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成4个单元Allsel !选择所有元素lsel,s,2,8,6 !选择线2和8lsel,a,6,12,6 !再选择线6和12LESIZE,all, , ,10, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成10个单元Allsellsel,s,3,5,1 !选择线3到5lsel,a,9,11,1 !再选择线9和11LESIZE,all, , ,12, , , , ,1 !设置单元大小, 所有选择的线被划分成12个单元Allsel !选择所有元素/PNUM,LINE,1 !显示线/PNUM,ELEM,0 !显示编号/REPLOT !重新显示Lplot !显示线SAVE !保存数据(2)划分单元,其单元图如图9-8所示TYPE, 1 !设置将要创建单元的类型,二次衬砌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 !对所有的线进行单元划分SAVE !保存数据(3)创建弹簧单元,加了弹簧单元的单元网格如图9-9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,1,61 !通过单元的两个节点创建弹簧单元 !依次继续直到所有的弹簧单元创建完成,其节点的编号如图9-10所示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LCLEAR,7,12,1 !清除线16到23上的所有单元ALLSEL,ALL !选择所有元素NUMMRG,ALL, , , ,LOW !合并所有元素NUMCMP,ALL !压缩所有元素的编号/PNUM,KP,0 !以下为显示单元颜色/PNUM,ELEM,1/REPLOT !重新显示Eplot !显示单元Finish !返回Main Menu 主菜单SAVE !保存数据9.1.2 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LST,2,60,1,ORDE,2 !选择要施加约束的节点,共60个FITEM,2,61 FITEM,2,-120!* /GO D,P51X, ,0, , , ,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Save !保存数据(4)节点力的计算具体的计算公式如第3.3.3小节中介绍的等效节点荷载计算式,本实例采用EXCEL电子表格进行计算FLST,5,8,4,ORDE,5 !原则节点所在的6条线,线7到12Allsel !选择所有元素lsel,s,7,12,1 !选择线7到12NSLL,R,1 !选择线上的节点/PNUM,NODE,1 !显示节点编号设置/REPLOT NPLOT !显示节点NLIST,ALL, , , ,NODE,NODE,NODE !列出节点坐标SAVE !保存数据(4)在节点上施加节点力,加上荷载和位移边界条件后的几何模型如见图9-11所示f,1,fx,-3502.5 !在节点上施加X方向节点力f,3,fx,-1170f,4,fx,0f,5,fx,3502.5f,2,fx,5790 !以上为在拱顶管片(封顶块)上施加X方向节点力f,7,fx,8017.5f,8,fx,10155f,9,fx,12187.5f,10,fx,14077.5f,11,fx,15825f,12,fx,17385f,13,fx,18765f,14,fx,19935f,15,fx,20887.5f,6,fx,21611.25 !以上为在左邻接块上施加X方向节点力f,17,fx,22098f,18,fx,22342.97396f,19,fx,22342.77605f,20,fx,22098f,21,fx,21611.25f,22,fx,20888.25f,23,fx,19935f,24,fx,18765f,25,fx,17385f,26,fx,15825f,27,fx,14077.5f,16,fx,12187.5 !以上为在左标准块上施加X方向节点力f,29,fx,10155f,30,fx,8017.5f,31,fx,5790f,32,fx,0f,33,fy,1170f,34,fx,0f,35,fx,-3502.5f,36,fx,-5790f,37,fx,-8017.5f,38,fx,-10155f,39,fx,-12187.5f,28,fx,-14077.5 !以上为底部标准块上施加X方向节点力f,41,fx,-15825f,42,fx,-17385f,43,fx,-18765f,44,fx,-19935f,45,fx,-20888.25f,46,fx,-21611.25f,47,fx,-22098f,48,fx,-22342.77611f,49,fx,-22342.9739f,50,fx,-22098f,51,fx,-21611.25f,40,fx,-20887.5 !以上为在右标准块上施加X方向节点力f,52,fx,-19935f,53,fx,-18765f,54,fx,-17385f,55,fx,-15825f,56,fx,-14077.5f,57,fx,-12187.5f,58,fx,-10155f,59,fx,-8017.5f,60,fx,-5790 !以上为在右邻接块上施加X方向节点力f,1,fy,-35354.4 !在节点上施加Y方向节点力f,3,fy,-35745.6f,4,fy,-35745.6f,5,fy,-35354.4f,2,fy,-34578 !以上为在拱顶管片(封顶块)上施加Y方向节点力f,7,fy,-33426f,8,fy,-31896f,9,fy,-30024f,10,fy,-27816f,11,fy,-25308f,12,fy,-22536f,13,fy,-19500f,14,fy,-16248f,15,fy,-12828f,6,fy,-9264 !以上为在左邻接块上施加Y方向节点力f,17,fy,-5604f,18,fy,-1872f,19,fy,0f,20,fy,5604f,21,fy,9264f,22,fy,12828f,23,fy,16248f,24,fy,19500f,25,fy,22524f,26,fy,25320f,27,fy,27816f,16,fy,30024 !以上为在左标准块上施加Y方向节点力f,29,fy,31896f,30,fy,33418.8f,31,fy,34579.2f,32,fy,35179.2f,33,fy,35749.2f,34,fy,35749.2f,35,fy,35356.8f,36,fy,34579.2f,37,fy,33418.8f,38,fy,31896f,39,fy,30024f,28,fy,27816 !以上为底部标准块上施加Y方向节点力f,41,fy,25320f,42,fy,22524f,43,fy,19500f,44,fy,16248f,45,fy,12828f,46,fy,9264f,47,fy,5604f,48,fy,1872f,49,fy,0f,50,fy,-5604f,51,fy,-9264f,40,fy,-12828 !以上为在右标准块上施加Y方向节点力f,52,fy,-16248f,53,fy,-19500f,54,fy,-22536f,55,fy,-25308f,56,fy,-27816f,57,fy,-30024f,58,fy,-31896f,59,fy,-33426f,60,fy,-34578 !以上为在右邻接块上施加Y方向节点力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D,4, ,0, , 34, 30,UX, , , , , !在节点4,34上施加水平位移约束D,19, ,0, , 49, 30,UY, , , , , !在节点49,19上施加竖向位移约束(2)求解Solve !求解计算Finish !求解结束返回Main Menu 主菜单SAVE !保存数据9.1.3 后处理1 初次查看内力和变形结果(1)绘制变形图,如图9-12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 PostprocElement TableDefine TableETABLE, ,SMISC, 6 ! 612表示弯矩ETABLE, ,SMISC, 12 ETABLE, ,SMISC, 1 ! 17表示轴力ETABLE, ,SMISC, 7 ETABLE, ,SMISC, 2 ! 28表示剪力ETABLE, ,SMISC, 8 (3)查看内力,包括弯矩轴力和剪力,如图9-13图9-15所示路径:General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem ResESEL,U,TYPE,1 !仅显示单元类型1PLLS,SMIS6,SMIS12,-1.5,0 !绘制弯矩图PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0 !绘制轴力图PLLS,SMIS2,SMIS8,2,0 !绘制剪力图Save !保存数据2 去除受拉弹簧再计算由图9-12可以看出,大部分弹簧单元都是受拉,因此要去除受拉弹簧单元,并进行重新计算采用单元的“生死”来模拟,即将受拉弹簧的属性赋予“死”路径:SolutionLoadStepOptionsOtherBirthandDeathKill ElementsFinish !结束后处理器操作/sol !进入求解器FLST,2,13,2 !选择单元共13个弹簧(底部的)FITEM,2,147 FITEM,2,148 FITEM,2,149 FITEM,2,150 FITEM,2,152 FITEM,2,151 FITEM,2,153 FITEM,2,154 FITEM,2,155 FITEM,2,156 FITEM,2,157 FITEM,2,158 FITEM,2,159 EKILL,P51X !杀死所选择的单元 FLST,2,13,2 !选择单元共13个弹簧(顶部的)FITEM,2,129 FITEM,2,128 FITEM,2,127 FITEM,2,126 FITEM,2,125 FITEM,2,124 FITEM,2,123 FITEM,2,122 FITEM,2,121 FITEM,2,180 FITEM,2,179 FITEM,2,178 FITEM,2,177 EKILL,P51X !杀死所选择的单元 SAVE !保存数据(2)显示计算模型删除受拉弹簧单元后得到的模型图如图9-16所示FLST,5,26,1,ORDE,9 !选择不显示的节点,共26个FITEM,5,61 FITEM,5,-65 FITEM,5,67 FITEM,5,-70 FITEM,5,76 FITEM,5,88 FITEM,5,-99 FITEM,5,117 FITEM,5,-120NSEL,U, , ,P51X !不选择以上节点ESEL,S,LIVE !选择具有“活属性”的单元EPLOT !绘制单元图SAVE !保存数据(3)重新求解Allsel !选择所有内容Solve !求解计算Finish !求解结束返回Main Menu 主菜单SAVE !保存数据3 查看最后计算结果其过程跟初次查看内力和变形一步相同,其内力和变形图如图9-17图9-20所示但是,其中用到的不同命令流如下:/POST1ETABLE,REFL !更新单元表数据,需要在绘制内力和变形图之前先执行该命令/exit,all !退出程序并保存所有数据励志美文美句摘抄 1不要放弃自己就是真正的坚强,虚心就是坚强,努力就是坚强,从头再来就是坚强,正直就是坚强,学会坚强之前要学会如何爱惜自己 2人生,就没有,永远的悲痛;也没有,永远的欢欣能使我们坚强的,往往不是顺境,而是逆境;能让我们醒悟的,往往不是高兴,而是伤心学会忍受,懂得艰辛,于曲折中前进 3人都说比天空和大地更远的距离是人与人的距离,因为人心里都会藏匿太多的猜忌和戒备,想要快乐就甩开生命中这些过于沉重,却又不必要的行李吧,生命中有爱就足够了试着给周围你所熟识的还有你还陌生的人一个真诚无惕的微笑吧,它可以触摸到他人的心灵,微笑是有感染力有连带性的,它会无声的渗透进每个易感的心灵,更会让更多的心灵为之感动,心中有爱就会快乐,就会让微笑发自心底,灿烂在脸上 4千万不要因为自己已经到了结婚年龄而草率结婚想结婚,就要找一个能和你心心相印相辅相携的伴侣不要因为放纵和游戏而恋爱,不要因为恋爱而影响工作和事业,更不要因一桩草率而失败的婚姻而使人生受阻感情用事往往会因小失大 5你要从现在开始,微笑着面对生活,不要抱怨生活给了你太多的磨难,不要抱怨生活中有太多的曲折,不要抱怨生活中存在的不公当你走过世间的繁华与喧嚣,阅尽世事,你会幡然明白:人生不会太圆满,再苦也要笑一笑! 6不要让灰色的乌云笼罩一辈子,生命中还有很多美好的不要让其遮盖,不要因为一片乌云毁了一切,人生中还有很多可以去把握 7每一个成功者的背后都有一个心路的旅程,雨中漫步你不会比别人先一步看到彩虹 8面对人生的烦恼与挫折,最重要的是摆正自己的心态,积极面对一切再苦再累,也要保持微笑笑一笑,你的人生会更美好! 9命运,不过是失败者无聊的自慰,不过是懦怯者的解嘲人们的前途只能靠自己的意志自己的努力来决定 10你或许无法改变身高和体形,但是可以改变你的态度我们每个人都有力量去培养和保持为我所用的积极态度,提高我们的人生质量,完成我们的人生目标态度是人生理想的昭示,而非既有成果的反映改变你的态度,就可以改变你的人生 11不要像玻璃那样脆弱有的人眼睛总盯着自己,所以长不高看不远;总是喜欢怨天尤人,也使别人无比厌烦没有苦中苦,哪来甜中甜?不要像玻璃那样脆弱,而应像水晶一样透明,太阳一样辉煌,腊梅一样坚强既然睁开眼睛享受风的清凉,就不要埋怨风中细小的沙粒 12常言道,失败是成功之母,而我却认为,失败是一种解脱和潇洒,也是一种“得”人生中,有成功有失败,成功是鲜花,失败同样也精彩 13该来的会来,该走的会走,有时候离开并不意味着结束,而是另一种开始 14人生,无非只有三天,昨天,今天,明天昨天很长,说不清有多少天,但不管有多少天,不管是受到挫折,还是取得辉煌,都只能代表过去,昨天你失败了,将来可能会成功,昨天你辉煌了,将来你可能会萎靡不振,只有把过去的挫折和辉煌都变成今天的基石,才能登上美好的明天 15每个人都有每个人的做法,每个人都有每个人的想法,别人做什么,想什么,我们无法掌握,也无法控制我们能做的,就是做好自己,管