ANSYS例题(4)

图3-26 线单元尺寸划分对话框

6）划分网格：在图3-24 网格划分工具栏中单击“Mesh”按钮，弹出一个对话框，单击“Pick ALL”，生成24个梁单元，如图3-27所示。

图3-27 隧道支护单元图

7）打开节点编号显示：Utility Menu> PlotCtrls> Numbering，弹出“Plot Numbering Controls”对话框，如图3-28所示。选中“Node Numbers” 选项，后面的文字由“off”变为“on”,单击“OK”关闭窗口。显示这些节点编号目的是为后面创建弹簧单元准备，这些节点是弹簧单元的一个节点。

图3-28 显示节点编号对话框

8）创建弹簧单元：Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Piping Models>Define Pipes>Spring Support，弹出一个选择节点对话框，选择节点1后，单击“OK”按钮，又弹出一个“Define Support Spring”对话框，如图3-29所示。

在图3-29对话框中，在“Node at spring location”栏后面输入弹簧节点位置编号“1”，在“Type of spring”后面的下拉选择栏中选择“Translation”，在“Spring constant”栏后面输入弹簧系数“300000000”，在“DX，DY，DZ Distance to ground pt”栏后面分别输入弹簧另一端点的坐标值“-0.97029572，-0.241921895，0”，因为是平面问题，DZ不用输入，默认是0。

单击“Apply”按钮（这时就生成了节点1的弹簧单元，编号为25），又弹出一个选择节点的对话框，和生成节点1位置弹簧方法一样生成其它节点的弹簧单元。只是在图3-29对话框中改变节点号和改变“DX，DY，DZ Distance to ground pt”栏中值：节点2对应“DX，DY”为“-0.97437006，0.22495105”，节点3对应“DX，DY”为“-0.98628560，-0.1604768”，节点4对应“DX，DY”为“-0.99996192，- 0.00872654”，节点5对应“DX，DY”为“-0.98901586，0.14780941”，节点6对应“DX，DY”为“-0.70710678，0.70710678”，节点7对应“DX，DY”为“-0.88294757，0.469471561”，节点10对应“DX，DY”为“0.70710678，0.70710678”，节点13对应“0.88294757，0.469471561”，节点12对应“DX，DY”为“0.97437006，0.22495105”，节点15对应“DX，DY”为“0.98901586，0.14780941”，节点16对应“DX，DY”为“0.99996192，- 0.00872654”，节点17对应“DX，DY”为“0.98628560，-0.1604768”，节点14对应“DX，DY”为“0.97029572，-0.241921895”，节点18对应“DX，DY”为“0.30901699，-0.95105651”，节点24对应“DX，DY”为“-0.30901699，-0.95105651”，节点19对应“DX，DY”为“0.20791169，-0.97814760”，节点23对应“DX，DY”为“-0.20791169，-0.97814760”，节点20对应“DX，DY”为“0.10452846，-0.99452189”，节点22对应“DX，DY”为“-0.10452846，-0.99452189”，节点21对应“DX，DY”为“0，-1”，再单击“OK”按钮就完成了弹簧单元的创建，得到添加弹簧单元的单元网格图，如图3-30所示。

图3-29 定义弹簧单元对话框

注意：

? 弹簧单元长度为1，实际上弹簧长度对计算结果没有影响。 ? 隧道顶部范围（90度范围）为“脱离区”，故不需要添加弹簧单元。

? “DX，DY”是生成弹簧的另一个端点的坐标值，它是在法线方向，根据在在CAD

图形中角度来计算。

? 图3-30中一共添加了21个弹簧单元，如果有些弹簧单元根据计算结果显示是受拉

的，必须去除，再进行重新计算。

? 用来模拟隧道结构与围岩间相互作用的COMBIN14弹簧单元（也叫地层弹簧），对

其参数设置时，只需要输入弹性常数K，阻尼系数和非线性阻尼系数不用输入。

图3-30 添加弹簧单元后的单元网格图

3.3.3.3 施加约束和荷载 1

）

给

弹

簧

单

元

施

加

约

束

：

Main

Menu>Solution>Define

Loads>Apply>Structural>Displacement

>on Nodes，弹出在节点上施加位移约束对话框，用鼠标选取弹簧单元最外层节点共21个节点，单击“OK”按钮，弹出“Apply U,ROT on Nodes”对话框，如图3-31所示。

图3-31 给节点施加位移约束对话框

在图3-31对话框中：在“DOFS to be constrained”栏后面中选取“UX，UY”，在“Apply as”栏后面的下拉菜单中选取“Constant value”，在“Displacement value”栏后面输入“0”值，然后单击“OK”按钮就完成了对弹簧节点位移的约束。 2）施加重力加速度：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity，弹出“Apply(Gravitational)Acceleration”对话框，如图3-23所示。只需在“Global Cartesian Y-comp”栏后面输入重力加速度值“9.8”就可以，单击“OK”按钮，就完成了重力加速度的施加。

图3-32 施加重力加速度对话框

注意：虽然在ANSYS中输入的重力加速度9.8后，其重力加速度方向显示向上，但ANSYS默认模型施加重力时，输入的重力加速度是9.8，不是-9.8。 3）对隧道衬砌支护施加围岩压力：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural> Force/Moment >on Nodes，在弹出节点位置施加荷载对话框中，用鼠标选择隧道支护线上腰部和顶部所有节点，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，如图3-24所示。在“Direction of force/mom”栏后面下拉菜单中选取“FY”，在“Force/Moment”栏中输入围岩垂直匀布力“-80225”。

图3-24 施加节点力对话框

单击“Apply”按钮，在弹出对话框后选择隧道支护线剩下的节点，在“Direction of force/mom”栏后面下拉菜单中选取“FY”，在“Force/Moment”栏中输入围岩垂直匀布力“80225”。

再单击“Apply”按钮，又弹出一个节点位置施加荷载对话框，用鼠标选择隧道衬砌支护线上的1、2、3、4、5、6、7、8、9、22、23、24共12个节点，又弹出如图3-24所示的对话框，在“Direction of force/mom”栏后面下拉菜单中选取“FX”，在“Force/Moment”栏中输入围岩水平匀布力“16045”。

再次单击“Apply”按钮，又弹出一个节点位置施加荷载对话框，用鼠标选择隧道衬砌支护线上剩下的12个节点，又弹出如图3-24所示的对话框，在“Direction of force/mom”栏后面下拉菜单中选取“FX”，在“Force/Moment”栏中输入围岩水平匀布力“-16045”。单击“OK“按钮，就完成了对隧道衬砌支护施加围岩压力。

图3-25 施加约束和荷载后隧道结构模型

输入围岩垂直匀布力和水平匀布力应参考节点位置来考虑力的方向，切忌加错力的方向。

4）对隧道仰拱施加水压：Main Menu>Solution>Define Loads>Apply>Structural> Force/Moment >on Nodes，在弹出节点位置施加荷载对话框中，用鼠标选择隧道仰拱节点18，弹出如图3-24所示的对话框，在“Direction of force/mom”栏后面下拉菜单中选取“FX”，在“Force/Moment”栏中输入水平水压力“-161803”。再次单击“Apply”按钮，又弹出一个

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