ANSYS學習的一些心得-隧道開挖的有限元分析

--AＮSYS學習的一些心得--隧道開挖的有限元分析推薦的基本參考用書1.《ANSＹS７.０基礎教程與實例詳解》或《AＮＳYS９.0經典產品基礎教程與如果要系統(tǒng)地學,最好從基礎學起，后面我會具體介紹一下我學習中的一些小小的經驗和體會。2．李權.ANSYＳ在土木工程中的應用.人民郵電出版社,2０05作步驟寫的也比較詳細。初學者可以照著練習，但對打基礎幫助不大。關于隧道的那一節(jié)，書上的例題考慮材料屬性時將巖土簡單的設成線性的,而實際工注意料考慮成彈塑性時,一般材料用Drucｋer-prageｒ(Ｄ-Ｐ）屈服條件來輸入,具體是在Ｍaｉnｍｅnu>prｅprocｅsｓoｒ>Mａt(yī)erialprｏpｓ>Mａt(yī)erｉalMｏｄels,在彈出的對話框中雙擊stｒuｃtuｒe>Ｎｏｎliｎeｒ>Inelasｔiｃ>Ｎon-metａｌPlasticity>Drｕckeｒ-prager,在彈出的對話框中輸入粘聚力(coheｓｉon)和內摩擦角（fricanｇle)，如直接輸這兩個參數,ａnsｙs會提示先輸入彈性模量以及泊松比,照常輸入彈模和泊松比后即可輸入C和φ。３.AＮＳＹS土木工程應用實例，中國水利水電出版社這本書有很多命令流的介紹,還有一些分析方法的介紹,對后期學命令流操作還是很有用的。要學習ANSYS的命令流，有這本書幫助會很大。經典產品高級分析技術與實例詳解》中國水利水電出版社。這本書介紹了參數化(APDL)有限元分析技術,優(yōu)化設計,單元生死技術等,是在學習的提高階段不錯的一本書,在做隧道的開挖模擬時,單元生死技術是很關鍵的,該書的第四篇對單元生死技術有比較詳細的講解，另外還有個基坑開挖的實例，跟隧道的開挖其實也是同出一轍。推薦的一個比較好的論壇:AＮSＹS自帶的ｈelp里可以找到所有的命令方式,所以遇到不懂的命令可以到里面查!----1.建立模型的一般步驟:１）定義材料屬性；2)建立幾何模型；3)劃分網格；4)加約束及荷載；5）求解；６）查看求解結果。2.學ANSYＳ初期常遇的問題:1)往往會搞不清關鍵點（ｋeypoint）、節(jié)點(ｎodｅ）、元素（elｅｍenｔ)圓心、線段的端點等。對于一些簡單的構件，可以通過定義材料屬性,直接定義節(jié)點或元素;但對一些如面、體等模型，節(jié)點往往是在建立幾何模型后，經過網格劃分而成的。如對“面”而言，元素就是劃分網格后的四邊形或者三角形。2)在學習時,還要熟悉節(jié)點(nodeｓ)、元素(elemｅｎts)等的顯示(ploｔ),顯示命令由ｐlot和ｐlotctrｌ來控制。路徑為(ＵtilitｙMeｎu＞pｌｏt,UtiliｔyMｅnu>plotctrl)。在建立模型時,通過兩個點建立一條線,但滾動鼠標后可能發(fā)現線不見了,此時可以通過UtilitｙMenu>pｌot>ｌines習過程中可能會經常遇到的。3)注意保存。建模過程中，往往會出現一些錯誤或者不可預測的操作，因為不像CＡD里一樣畫錯了能后退，所以此時就要saｖｅ，發(fā)現錯誤之后,點rｅsuｍe就可以回復到你點saveａs…另存.db文件(注意取個好記的文件名)。３．建立隧道模型，實現開挖模擬的一些技巧1)定義材料屬性時,可以對隧道外的巖體和開挖部分的巖體分別定義不同的目的是為了在做后面的模擬開挖時方便選擇隧道要開挖的巖體MP,EＸ，1,1.3E９;MＰ,PRＸY,1,0.３；MP,ＤENS，１，2300;開挖部分的巖體屬性MＰ,EX,2,１.３E9；ＭＰ，PRXY,2，0.3;MＰ，ＤENＳ，2，23００;紅色的數字即元素屬性的編號。后面開挖時，可以通過“ESEＬ，S,ＭAＴ，,2”來顯示開挖部分的巖體,從而大大方便了開挖巖體的選取。土材料本構模型編號為３,則可以通過“ESEL，S,MＡT，,3”命令選擇噴射混凝土,用“ekill，all”殺死所選擇的全部噴射混凝土。此時就可以開始求解初始地應力了。3)選取某個單元體的方法。在模擬開挖的時候,經常要進行單元的選取，可以通過utｉlity>seｌecｔ>ｅｎｔiｔｉesｅnｔiｔｉｅ----skeｙpoｉntｓ”,選擇某一類型即表示將要選擇的單元類型。在隧道開挖時，先用eｓelliｔy＞ｓelect＞entitｉeｓ，在彈出的對話框的第一行里選擇eｌemenｔs，第二行里選擇ＢyNｕｍ/Pｉck,再選擇用box（框選）不需開挖的元素,最后剩下要開挖的那部分,用“ekill,all”命令殺死當前顯示的元素，即實現了開挖。重復上面的操作，進行后面的開挖。激用“ealｉｖe,ａll”命令激活當前顯示的元素。4.隧道建模的命令流介紹1)平面模型!第一步,初始化分析環(huán)境Ｆinish／CLEAR/FILＮAME,SＵIDＡＯ！第二步,定義參數變量B1=１.３E+9!定義文件名SUＩDＡOB2=１0E+９B3=0.３!第三步，創(chuàng)建參數化的有限元模型／PRＥP７EＴ,１，BEAM３!定義2D梁單元ET,2,BEAM3ＥT,3,ＰLＡNE42ET,４，PＬAＮE42R,１,0.21,0.000７７9,0.21，0,0,0,！定義實常數R,2,0.4,０.０0533３３３3,０．4，，，，！定義材料屬性MＰ,EX，1,B1!隧道外圍巖的參數MP,PRXY，１，B3MＰ,DＥＮＳ,１，２30０TB,DP,1,,,！定義D-Ｐ彈塑性本構模型TBＭOＤIF,1,１，０.45ｅ6!定義粘聚力ＴBMＯDＩF,1,２，33!定義內摩擦角----MP，ＥX,2,B1!隧道內圍巖的參數ＭP,PRＸY，2,B3MP,DENS,2,2300TB,DP,2,，,!定義D-P彈塑性本構模型TBMODIF,1,１,0.45e6!定義粘聚力ＴBMＯDIF,１，2，33!定義內摩擦角MP,EX,3，B2！加固圈的參數MP,PRXY,３，Ｂ3ＭP,DＥNＳ,３,２３00TB，DP，3,,,!定義Ｄ-P彈塑性本構模型TBＭＯＤIF,1,１,0．４５e6!定義粘聚力TBＭODIF,１,２,33！定義內摩擦角MP，EX,４,28Ｅ+９!初襯混凝土參數MＰ,PRＸY,4,０.２MＰ,DENS,４，2５00MP,EX,５，2.９５Ｅ+10！二襯混凝土參數MP,PRXY,5,０.2MＰ,ＤENS,5,２500！建立幾何模型（對較為復雜的模型,一般需要命令流和GＵI方式同時進行)k,1,1０．79,0k,2，10.79,15……．.具體可參考推薦的參考書2和3.ｆinisｈ!退出prep7！第四步，進行約束、加載及求解／soｌuＬSEL,Ｓ,LOC,X,a!選擇x=ａ的線ＬSEＬ,A，LOC,X,ｂ！增加選擇ｘ=b的線DL,ＡLＬ,UX,0！約束x方向的位移LＳEＬ,A,ＬＯＣ,Y,ｃ！選擇y=c的線DL，ＡLL,UＹ，0ALLSＥL!約束ｙ方向的位移!選擇顯示所有的單元----ＡCEL,,1０！施加重力加速度！設定分析選項ｎＡｌｓｅｎａdelｔiｍ,0．1,0．05，０．2autｏs,on!使用自動時間步pｒｅｄ,on!打開時間步長預測器ｌnsrch，ｏn!打開線形搜索nlgeom,on!打開大位移效果nrｏｐt,full!設定牛頓-拉普森選項cnｖtｏl，f,,０.02,２,0.5!設定力收斂條件可以通過ｕｏａｓｙａｉsｅＡｓ來選擇求解方式。(可用GUI方法進行約束模型和加載,具體可參考推薦的參考書2和3)！進行初始地應力的計算esel，s，mａｔ,,４!選擇本構模型編號4的初襯材料ekill，ａlｌallｓel!將所選的初襯殺死！顯示所有的單元!求解soｌｖeFINISH!退出sｏlution菜單!第五步,后處理計算完成后，進入MaｉnMｅｎｕ>Ｇｅneｒaｌposｔｐroc>pｌotｒeｓulｔ>Ｎodａlｓoｌu查看計算結果。選擇將要開挖的土體的，通過ＭaｉnＭenu>Ｇenｅralpｏstｐroc＞Nodａlcalcs>ｓｕm@ｅａchnoｄe導出節(jié)點力?？梢詫⑦@些數據先復制到文本文檔，再從EXCEL中導入,這樣會省去很多輸入的操作。導入EXCEL（eｘcel中的“數據>導入外部數據>導入數據”,找到那個文本文檔按確定就可以了)中后，可以很方便的對節(jié)點力進行折減，然后編輯成命令流(Ｆ,NODＥ,FX，VALＵE。例如F,3０6,FX,60０0,意思是在節(jié)點30６上加上X軸方向的６0０0N的力)的方式備用。注意保存db文件,可取個好記的名字，如kaｉwa０,第一步開挖完成后，保存為kaiwa1。開始第一步的開挖點擊Ｍｉsｅｓｒt后，在對話框的Loadｔepｎｕmｂｒ中填入1,Substepnuｍber中填入4,確定。----可用ａｉnＭｅｏｉoｎ＞ｏｐｓｔｈｅlｅｔs部分巖體元素刪除了,而是將那部分巖體的材料屬性賦予一個很小的值，在計算示的支護單元激活,即實現了開挖后的支護。將單元激活后，打開之前在EXCＥL顯示所有的元素,開始計算。計算完成后！進入通用后處理器/post1*gｅt，dｙｍaｘ,nｏdｅ,1４4,loc，ｙ移存入dymax！獲取144節(jié)點的ｙ方向的位dmaｘ＝-１＊(ｄyｍａｘ+０.0１０383+０．0169）使ｄmａｘ達到最小值，就達到了優(yōu)化的目的,！目標變量。!LGWRITＥ,'OPTＩMIZE',＇TXT＇,'F:\ｐｒaｃｔice\＇,cｏｍmeｎｔ!寫入數據到文件OPＴIMIＺE.ＴＸTｆinｉｓh/oｐｔ!指定優(yōu)化命令文件，即文件名是OPTIMＩZＥ的tｘt文件！設計變量OＰＶＡR,B1，ＤV,1.３Ｅ9,6Ｅ9！將圍巖彈模設置在1．3E9~6E9之間ＯＰVAR,B２,ＤV,6E9,10E9!將圍巖彈模設置在6E9~１0E９之間!將圍巖泊松比設置在０.3～0.3５之ＯＰVＡR,B３,ＤV,0．3,0．3５間!目標函數OPVＡR，ＤMAX，OBＪ,,,OＰDAＴA,,，！將ｄｍax設置成目標函數!指定優(yōu)化數據的存儲文件名OPLOＯＰ,PＲEP,PRＯC,ALL!控制讀取分析文件的方式ＯPPRNT,OＮOＰKＥEＰ,ON!指定是否存儲計算的詳細信息!存儲數據庫和結果!選擇子問題法進行第１次優(yōu)化計算OPTＹPE，ＳUＢP----ＯＰSＵBP，30,7!設置迭代30次，