ansys课程设计-地铁车站主体结构设计

I 目目 录录 课程设计任务书课程设计任务书 1 GUI 方式方式 3 一 打开 ANSYS 3 二 建立模型 3 1 定义单元类型 3 2 定义单元实常数 3 3 定义材料特性 3 4 定义截面 3 5 建立几何模型 3 6 划分网格 4 7 建立弹簧单元 4 三 加载求解 5 1 施加位移约束 5 2 施加荷载 6 1 计算结构所受荷载 6 2 施加结构所受荷载 6 3 施加重力场 7 3 求解 8 四 查看计算结果 8 1 添加单元表 8 2 查看变形图 8 3 查看各内力图 9 4 查看内力列表 9 单元内力表 11 APDL 方式方式 17 ANSYS 课程设计 2 彭向民 1 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书 专专 业业 铁道工程 隧道组 姓姓 名名 彭向民 学学 号号 开题日期开题日期 2011 年年 9 月月 20 日日 完成日期 完成日期 2011 年年 9 月月 27 日日 题题 目目 明挖地铁车站内力结构分析 一 设计的目的一 设计的目的 熟悉ANSYS软件 练习课堂所学知识 为今后的毕业设计打下良好的电算基础 练习使用梁单元和弹簧单元建模进行结构内力分析 二 设计的内容及要求二 设计的内容及要求 某地铁岛式车站采用明挖法施工 车站埋深为 4 113 m 地下水位距地面 为 8 023 m 站厅 站台层柱子为 d 0 8 m 的圆形柱 纵向柱间距为 8 m 纵向 共 16 跨 长 160 m 中间岛式站台长 110m 衬砌材料采用 C30 钢筋混凝土 E 30Gpa 0 2 25kN m 地面荷载取 20kPa 的均布荷载 站厅层人 群荷载取 4kPa 的均布荷载 是被荷载取 8kPa 的均布荷载 地基弹性范例系数 取 77 4Mpa m 车站的横断面如下图 单位 m 各层土的物理参数见下表 地层名称重度 kN m 内摩擦角 素填土18 08 0 粉质粘土19 216 3 粉质粘土19 620 8 中粗砂18 826 0 试分析 纵向单位跨度地铁车站的内力 采用基本荷载组合计算 2 成成 绩绩 指导教师指导教师 签章签章 年年 月月 日日 3 GUI 方式 一 一 打开打开 ANSYSANSYS 打开 ANSYS 软件 GUI 方式 执行 Utility Menu File Change Title 菜单命令 在弹出窗口中输 入 Mechanical anslysis on the subway station 作为 ANSYS 图形显示时的标题 二 二 建立模型建立模型 1 1 定义单元类型定义单元类型 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Element Type Add Edit Delete 菜 单命令 在弹出对话框中添加单元类型 Beam3 和 combination14 2 2 定义单元实常数定义单元实常数 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Real Constants Add Edit Delete 菜单命令 分别对 Beam3 和 combination14 添加实常数 数据如下表 No AREAIZZHEIGHT 10 80 8 3 120 8 20 60 6 3 120 6 311 121 40 90 9 3 120 9 50 4 2 ACOS 1 0 8 4 ACOS 1 64 0 8 677 4E6 3 3 定义材料特性定义材料特性 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Material Props Matarial Models 菜单命令 输入材料特性 EX 3E10 PRXY 0 2 DENS 2500 4 4 定义截面定义截面 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Sections Beam Common Sections 菜单命令 新建 5 个截面 数据如下表所示 IDSub TypeBH 1 矩形 10 8 2 矩形 10 6 3 矩形 11 4 矩形 10 9 5 圆形 R 0 4 5 5 建立几何模型建立几何模型 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Keypoints In 4 Active CS 菜单命令 键入点坐标如下表所示 点 号 1234567891011 X00009 059 059 0518 118 118 118 1 Y 4 513 8 023 9 413 15 763 4 513 9 413 15 763 4 513 8 023 9 413 15 763 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Lines Lines Straight Line 菜单命令 连 接两关键点生成线 线编号 L1L2L3L4L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14 点号 1 153647432568910 点号 2 586107113216791011 6 6 划分网格划分网格 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool 菜单命令 在 Element Attributes 的下拉菜单里面选中 Lines 单击 Set 分别对各条线编辑属性 如下表 选择的线L1 L2L3 L4L5 L6L7 L8 L9 L12 L13 L14L10 L11 MAT1 REAL12345 TYPE1 Beam3 SECT12345 单击 Mesh Tool 对话框 Size 下面 Line 后面的 Set 设计每条线划分的单元数 如 下表所示 选择的线L1 L2 L3 L4 L5 L6L7 L11 L14L8 L13L9 L12 L10 NDIV18133710 单击 Mesh Tool 对话框中的 Mesh 按钮 选择全部线 单击 OK 完成网格划分 7 7 建立弹簧单元建立弹簧单元 GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Modeling Copy Nodes Copy 菜单 命令 选中 L5 L6 上的所以 Nodes 在 Copy Nodes 对话框中 ITIME 后输入 2 DY 后 输入 1 如下图所示 GUI 方式 执行 Utility Menu Select Entities 菜单命令 在弹出的 5 Select Entities 对话框中选择 Nodes By Location Y coordinates 在 Min Max 后输入 15 763 16 763 点击 OK GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Elem Attributes 菜单命令 在弹出的 Element Attributes 对话框中 TYPE 选 2 COMBIN14 REAL 选 6 SECNUM 选 No Section 单击 OK GUI 方式 执行 Main Menu Preprocessor Modeling Create Elements Auto Numbered Offset Nodes 菜单命令 在弹出对话框中 DY 后输入 1 单击 OK 三 三 加载求解加载求解 1 1 施加位移约束施加位移约束 GUI 方式 执行 Utility Menu Select Entities 菜单命令 在弹出的 Select Entities 对话框中选择 Nodes By Location Y coordinates 在 Min Max 后输入 16 763 点击 OK GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define 6 Loads Apply Structural Displcement On Node 菜单命令 点击 Pick All 选择 全部节点 在弹出对话框中选择 ALL DOF 单击 OK GUI 方式 执行 Utility Menu Select Entities 菜单命令 在弹出的 Select Entities 对话框中选择 Nodes By Location Y coordinates 在 Min Max 后输入 15 763 点击 OK GUI 方式 执行 Utility Menu Select Entities 菜单命令 在弹出的 Select Entities 对话框中选择 Nodes By Location X coordinates 在 Min Max 后输入 9 05 点击 OK GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displcement On Node 菜单命令 点击 Pick All 选择 全部节点 在弹出对话框中选择 UX 单击 OK 2 2 施加荷载施加荷载 1 1 计算结构所受荷载计算结构所受荷载 按基本荷载组合 计算如下表所示 路面荷载 20 kPa 垂直土压力 1 5 18 2 8 19 2 4 113 0 8 2 1 5 2 8 19 6 84 9348 kPa 顶 板 1 4 20 1 35 84 9348 142 66198 kPa 人群荷载 4 kPa 设备荷载 8 kPa 中 板 1 4 4 1 35 8 16 4 kPa 垂直水压力 4 113 0 8 2 4 9 6 35 8 023 10 77 4 kPa 底 板 1 35 77 4 104 49 kPa 上 8 1 5 16 3 2 8 20 8 0 213 4 513 13 75 1 35 84 9348 tan 45 13 75 2 70 6 kPa 土侧压力 下 8 1 5 16 3 2 8 20 8 2 26 9 463 15 763 21 9 18 1 5 19 2 2 8 19 6 2 18 8 9 463 15 763 18 9 kN m 1 35 18 9 15 763 tan 45 21 9 2 183 67 kPa 先分别算出 再加权平均 算出结果为 187 575 kPa 边 墙 侧向水压力下 104 49 kPa 2 2 施加结构所受荷载施加结构所受荷载 a 水平荷载 GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams 菜单命令 选择顶板的梁单元 在弹出对话框中的 VALI 后输入值 98 单击 Apply 选择中板的梁单元 在弹出对话框中的 VALI 后输入值 16400 单击 Apply 选择顶板的梁单元 在弹出对话框中的 VALI 后输入值 单击 OK b 侧向荷载 7 GUI 方式 执行 Utility Menu List Pict Entities 菜单命令 在弹出的 Model Query Picker 对话框中选择 Pick Box Length Elements 分别 选择左边墙和右边墙的梁单元 复制弹出列表中的内容到 Excel 整理并计算 可得下表 Element No L Element No R Length 土侧压力 上 Pa 水侧压力 下 Pa 1311550 70600 1301560 75639 69215 1291570 80679 3843 1281580 85719 07646 1271590 90758 76861 1261600 95798 46076 1251610 1529 1241620 84516254 1231630 647312509 98292 1221640 449518764 97438 1211650 251725359 20712 1201660 61731953 43986 1191670 982238547 6726 1181680 347545141 90534 1171690 712751736 13808 1161700 07858330 37082 1151710 443264924 60356 1141720 808571518 8363 1131730 173778113 06904 1121740 53984707 30178 1111750 904291301 53452 1101760 269597895 76726 1091770 6347 土侧压力 GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams 菜单命令 从上向下每间隔 1 个单元 选择一个边墙的单元 按上表所示的值 输入边墙单元所受的一对土压力值 水侧压力 GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Settings Replace vs Add Surface Loads 菜单命令 在弹出的对话框中 PRES 下的 Oper 中选择 Add to existing 单击 OK GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Pressure On Beams 菜单命令 从水位线处开始 从上向 下每间隔 1 个单元选择一个边墙的单元 按上表所示的值 输入边墙单元所受的一对水的 8 压力值 3 3 施加重力场施加重力场 GUI 方式 执行 Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Inertia Gravity Global 菜单命令 在弹出对话框中的 ACELY 后输入值 10 单击 OK 结基本构图 3 3 求解求解 GUI 方式 执行 Main Menu Solution Solve Current LS 菜单命令 在弹出对话框中点击 OK 开始计算 四 四 查看计算结果查看计算结果 1 1 添加单元表添加单元表 GUI 方式 执行 Main Menu General Postproc Element Table Define Table 菜单命令 新建 6 个单元表 分别是 Lab Item Lab Item 轴力 I N By sequence num SMISC 1 J N By sequence num SMISC 7 剪力 I V By sequence num SMISC 2 J V By sequence num SMISC 8 弯矩 I M By sequence num SMISC 6 J M By sequence num SMISC 12 9 2 2 查看变形图查看变形图 GUI 方式 执行 Main Menu General Postproc Plot Results Deformed Shape 菜单命令 在弹出对话框中选择 Def undeformd 单击 OK 变形图 3 3 查看各内力图查看各内力图 GUI 方式 执行 Main Menu General Postproc Plot Results Contour Plot Line Elem Res 菜单命令 在弹出对话框中分别选择不同的 Lab 可以分别查看轴力图 剪力图 弯矩图 LabI LabJ Fact 轴力图 I N J N 1 剪力图 I V J V 1 弯矩图 I M J M 1 4 4 查看内力列表查看内力列表 GUI 方式 执行 Main Menu General Postproc List Results Elem Table Data 菜单命令 在弹出对话框中选择 I N J N I V J V I M J M 单击 OK 10 轴力图 剪力图 11 弯矩图 单元内力表 PRINT ELEMENT TABLE ITEMS PER ELEMENT POST1 ELEMENT TABLE LISTING STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM I N J N I V J V I M J M 1 0 32142E 06 0 32142E 06 0 69024E 06 0 60846E 06 0 82573E 06 0 49925E 06 2 0 32142E 06 0 32142E 06 0 60846E 06 0 52667E 06 0 49925E 06 0 21389E 06 3 0 32142E 06 0 32142E 06 0 52667E 06 0 44489E 06 0 21389E 06 30348 4 0 32142E 06 0 32142E 06 0 44489E 06 0 36311E 06 30348 0 23347E 06 5 0 32142E 06 0 32142E 06 0 36311E 06 0 28133E 06 0 23347E 06 0 39547E 06 6 0 32142E 06 0 32142E 06 0 28133E 06 0 19954E 06 0 39547E 06 0 51636E 06 7 0 32142E 06 0 32142E 06 0 19954E 06 0 11776E 06 0 51636E 06 0 59613E 06 8 0 32142E 06 0 32142E 06 0 11776E 06 35977 0 59613E 06 0 63477E 06 9 0 32142E 06 0 32142E 06 35977 45805 0 63477E 06 0 63230E 06 10 0 32142E 06 0 32142E 06 45805 0 12759E 06 0 63230E 06 0 58871E 06 11 0 32142E 06 0 32142E 06 0 12759E 06 0 20937E 06 0 58871E 06 0 50401E 06 12 0 32142E 06 0 32142E 06 0 20937E 06 0 29115E 06 0 50401E 06 0 37818E 06 13 0 32142E 06 0 32142E 06 0 29115E 06 0 37294E 06 0 37818E 06 0 21123E 06 14 0 32142E 06 0 32142E 06 0 37294E 06 0 45472E 06 0 21123E 06 3170 7 15 0 32142E 06 0 32142E 06 0 45472E 06 0 53650E 06 3170 7 0 24601E 06 12 16 0 32142E 06 0 32142E 06 0 53650E 06 0 61829E 06 0 24601E 06 0 53631E 06 17 0 32142E 06 0 32142E 06 0 61829E 06 0 70007E 06 0 53631E 06 0 86773E 06 18 0 32142E 06 0 32142E 06 0 70007E 06 0 78185E 06 0 86773E 06 0 12403E 07 19 0 32142E 06 0 32142E 06 0 78192E 06 0 70013E 06 0 12403E 07 0 86770E 06 20 0 32142E 06 0 32142E 06 0 70013E 06 0 61835E 06 0 86770E 06 0 53625E 06 21 0 32142E 06 0 32142E 06 0 61835E 06 0 53657E 06 0 53625E 06 0 24591E 06 22 0 32142E 06 0 32142E 06 0 53657E 06 0 45478E 06 0 24591E 06 3300 2 23 0 32142E 06 0 32142E 06 0 45478E 06 0 37300E 06 3300 2 0 21140E 06 24 0 32142E 06 0 32142E 06 0 37300E 06 0 29122E 06 0 21140E 06 0 37837E 06 25 0 32142E 06 0 32142E 06 0 29122E 06 0 20944E 06 0 37837E 06 0 50423E 06 26 0 32142E 06 0 32142E 06 0 20944E 06 0 12765E 06 0 50423E 06 0 58897E 06 27 0 32142E 06 0 32142E 06 0 12765E 06 45870 0 58897E 06 0 63259E 06 28 0 32142E 06 0 32142E 06 45870 35913 0 63259E 06 0 63510E 06 29 0 32142E 06 0 32142E 06 35913 0 11770E 06 0 63510E 06 0 59648E 06 30 0 32142E 06 0 32142E 06 0 11770E 06 0 19948E 06 0 59648E 06 0 51675E 06 31 0 32142E 06 0 32142E 06 0 19948E 06 0 28126E 06 0 51675E 06 0 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