立隧道ANSYS有限元分析模型

1、立隧道ANSYS模型运用ANSYS软件建立隧道围岩模型和求解步骤比较复杂，篇幅很长，图片也很多，大约45页左右，这是本次毕业设计的主体部分，也是本次毕业设计的难点。先选择安装本次毕业设计的有限元软件，根据老师的要求及软件功能的考虑，选择ANSYS Mechanical APDL 10.0软件进行毕业设计。ANSYS Mechanical APDL 10.0版本，大小相较其他版本很小（安装后仅仅1.5G左右），占电脑内存小，而且单元类型较多（比后续的新版多一些简单的模型），对初学者很方便和友善，完全满足本次毕业设计的要求。接下来就详细记述本次设计的围岩受力模型的具体步骤（共计15步）。1、新建初

2、始的物理环境：点主菜单的 “ANSYS Main Menu”，再点 “Preferences”，弹出“Preferences for GUI Filtering”为题的窗口，之后点“Structural”，跟着点击“OK”键，如图3.2所示。这样操作就完成了新建初始的物理环境（图形界面的过滤）。图3.2图形界面过滤2、命名工作标题：再次回到主菜单寻找ANSYS主界面最上方的“Utility Menu”，先点“File”，再点“Change Title”，在弹出的对话框中写上此次毕业设计的围岩结构标题名“structure A.db”，点“OK”，如图3.3所示。图3.3 命名工作标题3、定义单

3、元类型：在主菜单点“Main Menu”，点“Preprocessor”，点“Element Type”，点“Add/Edit/Delete”，在界面上会弹出一个窗口，点“Add”，如图3.4所示；接下来再次弹出一个窗口。选“Beam”（梁），再选“2D elastic 3”，如图3.5所示；点“Apply”。在左面选“combination”，在右侧选“Spring-damper 14”，如图3.6所示；最后再点“OK”，再次点如图3.7所示的窗口的“Close”。具体操作的步骤由图3.4到3.7所示图3.4 Element Type元素类型图3.5 Beam 2D elastic 3 梁

4、2D弹性 3维图3.6 combination Spring-damper 14组合 弹簧阻尼 14图3.7 单元类型建立完毕4、定义材料属性：点主菜单的“Main Menu”，接着点“Preprocessor”，再点“Material Props”，最终点“Material Models”，界面上显示“Define Material Model Behavior”窗口，就算是进入了材料属性的设置界面，如图3.8所示。图3.8 Define Material Model Behavior定义材料的模型属性接下来在图3.8的右栏连点“Structural”；“Linear”；“Elastic”；

5、“Isotropic”后，弹出名称为“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”的窗口，在窗口中“EX”右面的栏中填“2.55E10”，之后在“PRXY”的右面的栏填“0.2”，上述过程如图3.9所示，点“OK”。接下来选中“Density”并双击，弹出“Density for Material Number 1”窗口，在“DENS”后面的栏中填隧道衬砌砼材料密度“2400”，上述过程如图3.10所示，在最后点“OK”按钮。最终结果如图3.11所示。整个步骤如3.8至3.11所示。图3.9材料1的线性各向同性的性质图3.10 Densi

6、ty for Material Number 1 1号材料的密度图3.11 材料属性定义完毕5、定义材料实常数：点主菜单“Main Menu”，再点“Preprocessor”，之后点“Real constants”，最后点“Add/Edit/Delete”，弹出名为“Real constants”的窗口。上述过程如图3.12所示。图3.12 Real constants 实常数的定义接下来要点“Add”按钮，选“Type 1 BEAM 3”选项，点“OK”，弹出名为“Real constant for BEAM 3”的窗口，窗口中输入隧道的衬砌支护结构BEAM 3梁单元的截面积AREA=“0

7、.15”；惯性矩IZZ=“0.00028125”；高度HEIGHT=“0.15”。过程如图3.13所示。图3.13 Real constant for BEAM 3 3维梁实常数的定义输入完毕后点“OK”，接着在刚才弹出的窗口中点“Add”，弹出了选择单元类型的窗口，选择“Type 2 combin14”，点“OK”，出现名为“Real constant Set Number 1 for COMBIN14”的窗口，最后在“SPRING CONSTANT K”后面输“30000000”，点“OK”，点下方的“Close”结束，出现2个设置项（Set 1和Set 2），该过程如图3.14和3.15

8、所示。图3.14 Real constant Set Number 1 for COMBIN 14 组合14的实常数集1图3.15 材料的实常数定义完成6、给隧道模型建立衬砌支护的关键点（共计8个）：按照老师所给的曼当1号隧道的施工设计资料图，可以大致在CAD描绘出一个隧道“三心圆”的模型即可基本展现表现出隧道的轮廓，通过这样的尺寸来进行建模，以及可以紧接着进行它的压力布置和它的受力分析。那么我们将要输入8个关键点（key points）来把隧道的断面给表示出来。用鼠标点执行左方的主菜单栏的“Preprocessor”，再点 “Modeling”，再点打开的子菜单栏里的“Create”，再点

9、“Keypoints”，再 “In Active CS”，执行到这一步后会弹出一个名为“Creae Keypoints in Active cooedinate System”的创建关键点对话框，如图3.16所示。图3.16 Creae Keypoints in Active cooedinate System 主动协同系统中的关键点运用CAD2016版中的功能确定关键点，将描绘好的的围岩外形，通过坐标进行输出输出了8个关键点，并将它们的坐标保留5位小数，单位为米。在对话框中的“NPT keypoint number”右面的输入栏中输 “1”，在“X，Y，Z Location in activ

10、e CS”右面的输入栏中输第1个关键点的坐标“（24.70953，17.55739，0）”，之后点对话框中下方第2个“Apply”按钮，成功创建了关键点1，退到了图3.16的界面，继续下一个关键点的创建，直到8个关键点都设置好了为止。依次在该对话框中的“NPT keypoint number”后面的输入栏中输另7个关键点。要输入的关键点坐标如下所示，请注意务必保证输入的时候要仔细，不能出现错误，否则只能重新再来（ANSYS没有撤销的指令）“1”对应的坐标为“（24.70953，17.55739，0）”；“2”对应的坐标为“（24.33000，20.00000，0）”；“3”对应的坐标为“（30

11、.00000，25.67000，0）”；“4”对应的坐标为“（35.67000，20.00000，0）”；“5”对应的坐标为“（35.29047，17.55739，0）”；“6”对应的坐标为“（30.00000，20.00000，0）”；“7”对应的坐标为“（32.38000，20.00000，0）”；“8”对应的坐标为“（27.62000，20.00000，0）”。8个关键点都设置完成后，最终点对话框中的“OK”按钮，生成8个关键点，并得到图3.17至3.24的结果。最终的8个点在大平面上的输入情况如图3.25所示，并进行检查，检查方法是看看图像是否完全左右对称。图3.17 1号关键点图3.

12、18 2号关键点图3.19 3号关键点图3.20 4号关键点图3.21 5号关键点图3.22 6号关键点图3.23 7号关键点图3.24 8号关键点图3.25 8个关键点在平面上的的相对位置7、绘制隧道衬砌支护线模型：点主菜单栏“Preprocessor”，再点 “Modeling”，接着点 “Create”，之后点 “Line”，然后点 “Arcs”，最后点 “Arc By End KPs & Rad”，这些步骤操作的准确无误将会弹出如图3.26所示的创建隧道模型一级对话框“Arc byEnd KPs & Rad”。图3.26 Arc by End KPs & Rad 圆弧结束KPs和Rad

13、然后用鼠标单击刚才设置好的点1和点2，具体操作是用鼠标左键点击关键点1 后再点击关键点2，操作模样最终如图3.27所示。图3.27 关键点1和2然后需要在创建隧道模型一级对话框（刚才的“Arc By End KPs & Rad”对话框）中点“Apply”按钮，再用鼠标抓取关键点1、关键点2以及对应的圆心点，也就是关键点7。得到的结果如图3.28所示。图3.28 抓取关键点7接下来需要点击创建模型一级对话框中的“Apply”按钮可弹“Arc By End KPs & Radius”的对话框，如图3.29所示。图3.29 Arc By End KPs & Radius 圆弧末端KPs和半径 圆弧1

14、-2的建立在二级对话框第一行的“RAD Radius of the arc”输入栏中输弧线的半径“8.05”，然后在第二行的“P1，P2 Keypoints at start + end”的右边依次填写“1”和“2”，最后在第三行的“PC KP on center-of-curvature-side and plane of arc”的右面填写圆心关键点7，完成后点对话框中的“Apply”完成圆弧1-2的构建，进行下一个圆弧的创建，圆弧1-2如图3.30所示。图3.30 圆弧12的构建形态依次用相同的方法完成圆弧2-3、圆弧3-4、圆弧4-5的创建，创建的过程如图3.31至3.33所示，注意他

15、们的数据不要输错了，同时需要严密的检查，不能出现错误。依次输入后将会出现一个又一个的圆弧，最后点二级对话框中的“OK”按钮，生成一圈隧道模型（没有仰拱）。在二级对话框中第一行“RAD Radius of the arc”栏中输入该弧线半径“5.67”，然后在第二行的“P1，P2 Keypoints at start + end”的右边依次填写“2”和“3”，最后在第三行的“PC KP on center-of-curvature-side and plane of arc”的右面填写圆心关键点6，填写完成后点对话框中“Apply”完成圆弧2-3的构建，并开始下一个圆弧的建立，圆弧2-3的形态如

16、图3.31所示。图3.31 圆弧2-3的创建在二级对话框中第一行的“RAD Radius of the arc”后面的输入栏中输入该弧线半径“5.67”，然后在第二行的“P1，P2 Keypoints at start + end”的右边依次填写“3”和“4”，最后在第三行的“PC KP on center-of-curvature-side and plane of arc”的右面填写圆心关键点6，填写完成后点二级对话框中的“Apply”按钮完成圆弧3-4的建立并开始下一个圆弧的建立，圆弧3-4的形态如图3.32所示。图3.32 圆弧3-4的创建在二级对话框第一行的“RAD Radius o

17、f the arc”栏中输弧线半径“8.05”，然后在第二行的“P1，P2 Keypoints at start + end”的右边依次填写“4”和“5”，最后在第三行的“PC KP on center-of-curvature-side and plane of arc”的右面填写圆心关键点6，点二级对话框中的“Apply”完成圆弧4-5的建立，圆弧4-5如图3.33所示。图3.33 圆弧4-5的创建最终建立的隧道模型如图3.34所示。图3.34 隧道模型的建立结果展示8、检查并保存建模ANSYS文件：点主菜单的“Utility Menu”，然后点“File”，接着点“Save as”，弹出

18、名为“Save Database”的窗口，窗口中的输入栏中输入文件名“A.db”，之后点“OK”键即可。过程如图3.35所示。务必要在一些重要的一步完成之后检查完毕之后存档（考虑在一次毕业设计多次存档且应当标明存档时的建模进度，遇到问题可以及时纠错），因为ANSYS软件不能后撤操作，这样就可以避免不必要的麻烦和损失。图3.35 存档界面9、给隧道弧线赋予特性：从主菜单中找到“Main Menu”的按键，之后点“Preprocessor”，然后点“Meshing”，再之后是点“MeshTool”，就会弹出一个名字叫“MeshTool”的窗口。如图3.36所示。图3.36 MeshTool网格工具

19、接下来需要在刚才弹出的“MeshTool”中大菜单中选择“Lines”按钮，按“Set”键弹出叫“Lines Attributes”一个线拾取框（如图3.37左侧），拾取编号为“L1、L2、L3、L4”的4条弧线，最后点“OK”键即可，具体的结果如图3.37所示。图3.37 点选隧道弧线L1、L2、L3、L4接着就会弹出一个名为“Lines Attributes”的窗口，在“MAT Material number”右面的栏中选“1”，在第三行“REAL Real constant set number”右面的栏中选“1”，在第四行“TYPE Element type number”选择栏中选“

20、1 BEAM 3”，其余两项直接认为是默认状态即可，不需要进行改变。设置完成后点“OK”键。具体如图3.38所示。图3.38 Line Attributes 线属性参数表格10、隧道支护模型弧线尺寸：在“MeshTool”的对话框中选“Size controls”下的选择栏的“Lines”，点右边的“Set”，弹出二级对话框中拾取弧L1，这项工作完成后的结果如图3.39所示。图3.39 拾取圆弧L1接下来需要点二级对话框上的“OK”，弹出“Element Sizes on All Selected Lines”的三级对话框，在这个控制隧道支护模型弧线尺寸“No of element divis

21、ions”的输入栏输入“11”（具体的意思是在L1弧线上分成11个相同的小梁单元），点三级对话框中的“Apply”就完成了圆弧1-2的尺寸划分，接着下一段圆弧划分。同样的步骤把L2、L3弧线等分“39”份，以及将L4弧线等分“11”份，共计100份。这也就解释了第3.1节中的计算垂直均布压力和水平均布压力分别要除以100和50的原因，50是因为水平均布压力是与轴线左右对称的，所以需要将100除以2，就可以得到50份，具体的排布形式见后面的3.5节荷载的布置。输入的数据如图3.40及图3.41所示。图3.40 将L1、L4 11等分图3.41 将L2、L3 39等分最终划分的弧线L1、L2、L3

22、、L4的分段如图3.42所示。图3.42 将弧线等分成100份的成果展示11、给隧道支护模型线划分网格及显示标号：在上面的图3.36中的工具栏“Meshtool”中点在下方的“Mesh”按钮，就会弹出一个隧道支护模型弧线划分网格对话框，点“Pick All”生成100个梁单元，将梁单元的号显示，最后的效果如图3.43所示。图3.43 100个节点标号完毕后的效果图12、给隧道模型建立局部坐标系：依照一定的顺序点主菜单栏的“Utility Menu”，再点“WorkPlane”，之后点“Local coordinate Systems”，然后点“Create Local CS”，下一步点 “At

23、 Specified Loc +”，弹出如图3.44所示的建立局部坐标系对话框“Create CS at Location”。图3.44 Create CS at Location 在位置创建坐标接下来需要选中圆弧的一个圆心（关键点6或关键点7或关键点8），然后点创建局部坐标系一级对话框中的“OK”，弹出创建局部坐标系对话框“Create Local CS at Specified Location”，如图3.45所示。图3.45 Create Local CS at Specified Location在指定位置创建本地坐标1接下来需要在创建隧道模型局部坐标系的对话框中的“KCN Ref n

24、umber of new coord sys”后面的输入栏中输入局部坐标编号“11”（大于10）；在“KCS Type of coordinate system”后面的选项中选择坐标系代码“Cylindrical 1”，同时需要在下面的“XC、YC、ZC Origin of coord system”输坐标（30，20），点创建局部坐标系对话框中“Apply”结束局部坐标系1的创建，开始局部坐标系2的创建。如图3.46所示。图3.46 局部坐标系“11”的建立局部坐标系2的建立，在创建隧道模型局部坐标系的对话框中 “KCN Ref number of new coord sys”后面的输入栏中

25、输入局部坐标编号“12”；在“KCS Type of coordinate system”后面的选项中选择坐标系代码“Cylindrical 1”，同时需要在下面的“XC、YC、ZC Origin of coord system”栏输入圆心坐标（32.38，20），点创建局部坐标系二级对话框中的“Apply”按钮结束局部坐标系2的创建，开始局部坐标系3的创建。如图3.47所示。图3.47 局部坐标系“12”的建立局部坐标系3的建立，在创建隧道模型局部坐标系的对话框中的“KCN Ref number of new coord sys”后面的输入栏中输入局部坐标编号“13”；在“KCS Type

26、of coordinate system”后面的选项中选择坐标系代码“Cylindrical 1”，同时需要在下面的“XC、YC、ZC Origin of coord system”栏输入圆心坐标（27.62，20），点创建局部坐标系对话框中的“Apply”结束创建。如图3.48所示。图3.48 局部坐标系“13”的建立最终构建的局部坐标系的效果如图3.49所示。图3.49 局部坐标系效果图13、激活隧道支护线模型局部坐标系：需要按照一定的顺序点主菜单栏的“Utility Menu”，然后点“WorkPlane”，接着点“Change Active CS to”，最后点“Specified c

27、oord Sys ”，弹出激活局部坐标系的对话框，如图3.50所示。图3.50 激活隧道支护线模型局部坐标系对话框（11号）需要激活隧道支护线模型局部坐标系时，必须先在对话框输局部坐标系编号“11”，然后点对话框的“Apply”来完成坐标系11的激活，开始坐标系12的激活。依次完成局部坐标系12和13的激活，最后点激活局部坐标系对话框中的“OK”完成激活并关闭激活局部坐标系对话框。具体的过程如图3.51和3.52所示。图3.51 局部坐标系的建立（12号为中心）图3.52 局部坐标系的建立（13号为中心）14、施加弹簧支撑命令流：根据ANSYS应用教材及相关要求，需用记事本来整理弹簧支撑命令流

28、，并将弹簧支撑命令流直接输入到ANSYS系统中去。命令流列出如下：local12,1,32.38,20csys,12,psprng,1,tran,30000000,1psprng,3,tran,30000000,1psprng,4,tran,30000000,1psprng,5,tran,30000000,1psprng,6,tran,30000000,1psprng,7,tran,30000000,1psprng,8,tran,30000000,1psprng,9,tran,30000000,1psprng,10,tran,30000000,1psprng,11,tran,30000000,

29、1psprng,12,tran,30000000,1psprng,2,tran,30000000,1local11,1,30,20csys,11,psprng,14,tran,30000000,1psprng,15,tran,30000000,1psprng,16,tran,30000000,1psprng,17,tran,30000000,1psprng,18,tran,30000000,1psprng,19,tran,30000000,1psprng,20,tran,30000000,1psprng,21,tran,30000000,1psprng,22,tran,30000000,1ps

30、prng,23,tran,30000000,1psprng,24,tran,30000000,1psprng,25,tran,30000000,1psprng,26,tran,30000000,1psprng,27,tran,30000000,1psprng,28,tran,30000000,1psprng,29,tran,30000000,1psprng,30,tran,30000000,1psprng,31,tran,30000000,1psprng,32,tran,30000000,1psprng,33,tran,30000000,1psprng,34,tran,30000000,1ps

31、prng,35,tran,30000000,1psprng,36,tran,30000000,1psprng,37,tran,30000000,1psprng,38,tran,30000000,1psprng,39,tran,30000000,1psprng,40,tran,30000000,1psprng,41,tran,30000000,1psprng,42,tran,30000000,1psprng,43,tran,30000000,1psprng,44,tran,30000000,1psprng,45,tran,30000000,1psprng,46,tran,30000000,1ps

32、prng,47,tran,30000000,1psprng,48,tran,30000000,1psprng,49,tran,30000000,1psprng,50,tran,30000000,1psprng,51,tran,30000000,1psprng,13,tran,30000000,1psprng,53,tran,30000000,1psprng,54,tran,30000000,1psprng,55,tran,30000000,1psprng,56,tran,30000000,1psprng,57,tran,30000000,1psprng,58,tran,30000000,1ps

33、prng,59,tran,30000000,1psprng,60,tran,30000000,1psprng,61,tran,30000000,1psprng,62,tran,30000000,1psprng,63,tran,30000000,1psprng,64,tran,30000000,1psprng,65,tran,30000000,1psprng,66,tran,30000000,1psprng,67,tran,30000000,1psprng,68,tran,30000000,1psprng,69,tran,30000000,1psprng,70,tran,30000000,1ps

34、prng,71,tran,30000000,1psprng,72,tran,30000000,1psprng,73,tran,30000000,1psprng,74,tran,30000000,1psprng,75,tran,30000000,1psprng,76,tran,30000000,1psprng,77,tran,30000000,1psprng,78,tran,30000000,1psprng,79,tran,30000000,1psprng,80,tran,30000000,1psprng,81,tran,30000000,1psprng,82,tran,30000000,1ps

35、prng,83,tran,30000000,1psprng,84,tran,30000000,1psprng,85,tran,30000000,1psprng,86,tran,30000000,1psprng,87,tran,30000000,1psprng,88,tran,30000000,1psprng,89,tran,30000000,1psprng,90,tran,30000000,1local13,1,27.62,20csys,13,psprng,52,tran,30000000,1psprng,92,tran,30000000,1psprng,93,tran,30000000,1p

36、sprng,94,tran,30000000,1psprng,95,tran,30000000,1psprng,96,tran,30000000,1psprng,97,tran,30000000,1psprng,98,tran,30000000,1psprng,99,tran,30000000,1psprng,100,tran,30000000,1psprng,101,tran,30000000,1psprng,91,tran,30000000,1将命令流粘贴到“ANSYS Input”，输出如图3.53所示的弹簧模型。图3.53 弹簧模型15、模型施加约束：由于设置的隧道平面结构在系统中默认

37、是一个三维图形，但实际上我们首先要认为它是2D的，也就是要将所有的Z方向固定住，然后还要考虑弹簧是不能变形的，将所有的弹簧X,Y,Z方向全部固定住，最后考虑节点的变形，节点1和节点91不能有X,Y方向上的形变。点 “Main Menu”，然后点 “Solution”，再点 “Define Loads”，紧接着点“Apply”，之后点“Structural”，执行 “Displacement”，最后打开 “on Nodes”，弹出在节点上施加位移约束对话框，如图3.54所示。图3.54 约束条件的对话框然后点对话框中的“OK”，弹出二级对话框“Apply U，ROT on Nodes”，如图3.

38、55所示。图3.55 位移约束对话框在第二行“Lab2 DOFS to be constrained”的后面选取UX和UY（这两个都要选），之后在“Apply as”的之后的的选择菜单中选“constant value”，在“Displacement value”后面输“0”值，其余不进行改动，最后点施加位移约束二级对话框中的“OK”完成对弹簧节点位移的约束。同理1号和91号节点也同样这样设置。那么隧道边界最终的位移约束的设置如图3.56所示。图3.56 施加位移约束效果图至此为止，隧道的建模工作已经全部完成，那么接下来是隧道所受荷载的设置和计算输出。隧道荷载设置及求解1、施加重力：点主菜单栏

39、里的“Solution”，然后点 “Define Loads”，再点“Apply”，之后点 “Structural”，继续点 “Inertia”，接着点 “Gravity”，最后点“Global”，准确无误执行到这一步后会弹出“Apply（Gravitational）Acceleration”，施加重力对话框，那么只需在施加重力对话框中的“Global Cartesian Y-comp”后面输入重力值“9.8”，最后点“OK”，完成重力的施加。这之中的步骤如图3.57所示。图3.57 重力荷载的设置2、施加围岩压力：先点 “Main Menu”，然后点 “Solution”，之后点 “Defi

40、ne Loads”，接着点 “Apply”，点击“Structural”，接下来点 “Force/Moment”，紧接着点 “on Nodes”，在弹出的对话框中，选择隧道所有100个节点，弹出一个名为“Apply F/M on Nodes”的对话框，施加外力对话框。在对话框中的“Lab Direction of force/mom”后面的菜单中选“FY”，在第三行“Force/Moment”栏中输围岩垂直均布力“-7335.14”（在3.1节已经计算完成）。这个过程如图3.58所示，最后垂直压力的设置效果图如图3.59所示。图3.58 垂直均布荷载的设置图3.59 垂直均布荷载的布置效果图设

41、置水平荷载与设置垂直均布荷载一样，在“Direction of force/mom”后面的菜单中选取“FX”，接着在对话框中的“Force/Moment”栏中输入围岩水平均布力“1276.91”（左边50个节点）和“-1276.91”（右边50个节点）注意方向不同。检查确认无误后需要点对话框中的“OK”按钮，如图3.60所示。最终受力情况效果如图3.61所示。图3.60 水平均布荷载的设置图3.61 施加垂直和水平均布荷载后的图3、对模型受力进行求解运算：点主菜单“Main Menu”，再点“Solution”，然后点“Solve”，接着点 “Current LS”，弹出一个选项信息和一个当前

42、求解荷载对话框，如图3.62和图3.63所示。图3.62 STATUS command 记事本图3.63 Solve Current Load Step 求解荷载检查无误后，点图3.63中对话框中的“OK”按钮，开始求解，出现一个叫“Solution is done”的栏，如图3.64所示。图3.64 解出这也就意味着至此静力模型的就求解结束。4、查看变形图：点主菜单 “Main Menu”，然后点 “General Postproc”，再点 “Plot Results”，之后点 “Deformed shape”，弹出叫 “Plot Deformed Shape”的对话框，如图3.65所示。图

43、3.65 隧道结构变形对话框我们需要选中对话框的“Def + undeformed”，并点对话框中“OK”，系统自动显示变形图，如图3.66所示。图3.66 初始的变形图5、查看隧道模型中受到拉应力的弹簧：点主菜单栏“Main Menu”，之后点 “General Postproc”，接着点 “Element Table”，执行 “Define Table”命令框，会弹出如图3.67所示的“Element Table Data”。 图3.67 Element Table Data元素表数据接下来我们需要点对话框中的“Add”的按钮会弹出二级对话框，在这个二级对话框中的“Lab”栏里输入列表名“

44、AXIAL”（轴力）,下面对话框选“By sequence num”，在右下侧输“SMISC，1”，如图3.68所示。图3.68 轴力的布置设置我们接下来需要点刚才的二级对话框中的“OK”，返回一级对话框再点一级对话框中“Close”。点主菜单栏里的“Main Menu”，然后点“General Postproc”，然后点“Element Table”的选项，最后点“List Elem Table”选项，在弹出的一级对话框里选“AXIAL”，如图3.69所示。图3.69 二级选项框 选择AXIAL选择完毕后，我们需要点查看受拉弹簧一级对话框里的“OK”，弹出如图3.70，各单元轴力的对话框。这

45、个对话框不需要我们去操作，只需要我们认真地去看，看这里有没有正值，如果出现了正的数，就说明在这种情况下是有弹簧受拉的，我们就需要调整隧道上的弹簧数量，以达到隧道中不出现受拉弹簧出现的要求。图3.70PRETAB ,command PRETAB命令6、依次删除隧道顶部的弹簧单元，直至没有受拉弹簧：根据要求，需要点主菜单栏 “Main Menu”，然后点“Preprocessor”按键，之后点 “Modeling”，接着点“Delete”，点击“Elements”，会弹出一个名字叫做“Delete Elements”的对话框，选中要删除的弹簧单元，点对话框中的“OK”，可删除该弹簧。这个对话框如图

46、3.71所示。图3.71 删除元素对话框按照顺序从顶点的152号开始去除1根，然后就按照按照第4步中的详细步骤进行求解，按照第5步查找有无受拉弹簧，发现还有受拉弹簧，那么再次去除152号旁边的151号和153号弹簧（必须对称去除），然后再次按照第4步中的步骤进行求解，按照第5步查找有无受拉弹簧，发现还有受拉弹簧，那么再次去除151号和152号弹簧旁边的150号和154号弹簧。依次类推，步骤虽然繁琐但是简单易行，在此不再赘述。根据试算，最终需要去除顶部的35根弹簧后，隧道将没有受拉弹簧，他们的编号为135-169号弹簧（为对称分布）。最终隧道弹簧去除结果如图3.72所示。图3.72 去除全部受拉

47、弹簧后的效果图7、绘制隧道衬砌支护线结构变形图上一步去除了35个弹簧后，再次按照第4步进行求解，之后按顺序用鼠标执行主页菜单栏里的“Main Menu”，接着再执行打开的子菜单栏里的“General Postproc”，接下来执行打开的子菜单栏里的“Plot Results”，下一步执行打开的子菜单栏里的“Deformed shape”，准确无误执行到这一步后会弹出一个名字叫做“Plot Deformed Shape”的绘制支护线变形图的对话框，选中对话框中的“Def + undeformed”，点“OK”，得到隧道变形图。如图3.73所示。图3.73 去除受拉弹簧后的隧道变形图静力结构结果分

48、析1、将各个节点的弯矩、剪力的轴力列表：得到了正确的变形图，就可以继续得到隧道的弯矩、剪力的轴力情况，以此来作为我们设计的依据。按照顺序用鼠标执行主菜单栏里的“Main Menu”然后再次执行打开的子菜单栏里的“General Postproc”，然后接着执行打开的子菜单栏里的“Element Table”，接下来我们在执行打开的子菜单栏里的“Define Table”，如果准确无误执行到这一步后会弹出一个名字叫做“Element Table Data”的对话框，也就是弯矩、剪力、轴力制表一级对话框，如图3.74所示。图3.74 弯矩、剪力、轴力制表一级对话框点对话框中的“Add”，弹出名叫“

49、Define Additional Element Table Items”的对话框，称为弯矩、剪力、轴力制表二级对话框，如图3.75所示。图3.75 制表二级对话框在如图3.75的弯矩、剪力、轴力制表二级框中，第三行的“Lab User labelfor item”后面栏中输“IM”，然后在“Item,comp Results data item”后面右边菜单中选“By sequence num”，在右栏输入“6”，接下来点二级对话框中的“Apply”；接着在弯矩、剪力、轴力制表二级对话框中“User label for item”后面的栏中输“JM”，在“Item comp Results

50、 data item”后面的菜单中选 “By sequence num”，在右栏输入“12”，最后点“Apply”；用同样方法依次输入“IS，2”，“JS，8”，“IA，1”，“JA，7”。这是因为ANSYS自身的命令流设置的原因，只有输入正确的编号，才能输出正确的数据，所以一定要做好检查工作，命令流设置如图3.76所示。图3.76 输出的编号数据定义完成后的单元数据对话框，如图3.77所示。图3.77 单元数据表对话框至此，静力分析的输出准备结束，下面将进入最后的结果展示和配筋分析。2、画隧道衬砌支护线在静力作用下的弯矩图：按照顺序用鼠标执行主菜单栏里的“Main Menu”，然后需要执行打

51、开的子菜单栏里的“General Postproc”，然后再执行打开的子菜单栏里的“Plot Results”，接下来是执行打开的子菜单栏里的“contour Plot”，接下来是执行打开的子菜单栏里的“Line Element Results”，如果以上操作准确无误执行到这一步后会弹出名叫“Plot Line-Element Results”对话框，如图3.78所示。图3.78 结构弯矩图对话框需要在结构弯矩图对话框中的“Element table item at node I”的栏后面菜单选取“IM”，接下来在结构弯矩图对话框中的“Element table item at node J”

52、栏后面菜单选“JM”，接下来在结构弯矩图对话框中的“Optional scale factor”后面栏中输入“-1”，然后在结构弯矩图对话框中的“Items to be plotted on”栏后选中“Deformed shape”，最后点击对话框中的“OK”，得到隧道衬砌支护结构的弯矩图，如图3.79所示。图3.79 静力情况下的弯矩图3、画隧道衬砌支护线在静力作用下的结构剪力图：同理，与上一步一样调出同样的窗口，需要在结构剪力图对话框中的“Element table item at node I”的栏后面菜单选“IS”，接下来在结构剪力图对话框中的“Element table item a

53、t node J”栏后面菜单选“JS”，接下来是在结构剪力图对话框中的“Optional scale factor”后面栏中输入“-1”，然后是在结构剪力图对话框中的“Items to be plotted on”栏后面选“Deformed shape”，最后点击对话框中的“OK”，得到隧道衬砌支护结构的剪力图，如图3.80所示。 图3.80 静力情况下的剪力图4、画隧道衬砌支护线在静力作用下的结构轴力图：同理，与上一步一样调出同样的窗口，需要在结构轴力图对话框中的“Element table item at node I”的栏后面菜单选“IA”，接下来在结构轴力图对话框中的“Element

54、table item at node J”栏后面菜单选“JA”，接下来是在结构轴力图对话框中的“Optional scale factor”后面栏中输入“-1”，然后是在结构轴力图对话框中的“Items to be plotted on”栏后面选中“Deformed shape”，最后点击对话框中的“OK”，得到隧道衬砌支护结构的轴力图，如图3.81所示。 图3.81静力情况下的轴力图5、列表显示各节点的位移：按照一定的顺序用鼠标执行主页菜单栏里的“Main Menu”，然后在执行打开的子菜单栏里的“General Postproc”，然后执行打开的子菜单栏里的“List Results”，其

55、接下来执行打开的子菜单栏里的“Nodal Solution”，准确无误执行到这一步后会弹出一个名字叫做“List Nodal Solution”，的对话框显示各节点位移对话框，如图3.82所示。图3.82 位移对话框选中“Nodal Solution”及“DOF SOLUTION”，再选“Displacement Vector Sum”，之后点“OK”，弹出节点位移数据的文件。将位移文件（记事本文件）转移到EXCEL上就可以将数据排列好，并且将它们输出出来，成表。如表3.5所示。表3.5 节点位移1：节点号；2：X方向位移；3：Y方向位移；4：Z方向位移；5：转角位移NODEUXUYUZUSU

56、M100002-3.70E-04-3.28E-0404.94E-043-8.90E-05-5.03E-0501.02E-044-1.66E-04-9.43E-0501.91E-045-2.23E-04-1.31E-0402.59E-046-2.63E-04-1.62E-0403.09E-047-2.87E-04-1.89E-0403.44E-048-3.02E-04-2.14E-0403.70E-049-3.12E-04-2.37E-0403.92E-0410-3.22E-04-2.60E-0404.14E-0411-3.34E-04-2.83E-0404.38E-0412-3.50E-04-

57、3.06E-0404.65E-04135.04E-14-2.89E-0302.89E-0314-3.89E-04-3.49E-0405.23E-0415-4.06E-04-3.69E-0405.49E-0416-4.20E-04-3.88E-0405.72E-0417-4.30E-04-4.07E-0405.92E-0418-4.37E-04-4.26E-0406.10E-0419-4.44E-04-4.44E-0406.28E-0420-4.51E-04-4.62E-0406.45E-0421-4.59E-04-4.78E-0406.63E-0422-4.69E-04-4.94E-0406.

58、81E-0423-4.81E-04-5.07E-0406.99E-0424-4.96E-04-5.19E-0407.18E-0425-5.13E-04-5.29E-0407.37E-0426-5.34E-04-5.37E-0407.57E-0427-5.57E-04-5.41E-0407.76E-0428-5.82E-04-5.43E-0407.96E-0429-6.09E-04-5.42E-0408.15E-0430-6.36E-04-5.40E-0408.34E-0431-6.60E-04-5.38E-0408.52E-0432-6.79E-04-5.40E-0408.68E-0433-6

59、.89E-04-5.49E-0408.81E-0434-6.87E-04-5.72E-0408.94E-0435-6.70E-04-6.12E-0409.08E-0436-6.36E-04-6.77E-0409.29E-0437-5.87E-04-7.66E-0409.66E-0438-5.26E-04-8.82E-0401.03E-0339-4.55E-04-1.02E-0301.12E-0340-3.80E-04-1.19E-0301.24E-0341-3.03E-04-1.37E-0301.40E-0342-2.30E-04-1.56E-0301.57E-0343-1.63E-04-1.

60、76E-0301.76E-0344-1.04E-04-1.95E-0301.96E-0345-5.66E-05-2.15E-0302.15E-0346-2.03E-05-2.33E-0302.33E-03474.48E-06-2.49E-0302.49E-03481.84E-05-2.63E-0302.63E-03492.28E-05-2.74E-0302.74E-03501.97E-05-2.82E-0302.82E-03511.12E-05-2.87E-0302.87E-03523.70E-04-3.28E-0404.94E-0453-1.12E-05-2.87E-0302.87E-035