第章ANSYS隧道工程應(yīng)用實(shí)例

第3章ANSYS在隧道工程中的應(yīng)用分析第3章ANSYS隧道工程中的應(yīng)用實(shí)例分析內(nèi)容提要 內(nèi)容提要 本章首先介紹了隧道工程的相關(guān)概念；然后介紹了ANSYS的生死單元及DP材料模型；最后用2個實(shí)例分別詳細(xì)描述了用ANYS實(shí)現(xiàn)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和隧道施工模擬的全過程。第3章ANSYS隧道道工程中的的應(yīng)用實(shí)例例分析本章重點(diǎn)隧道工程概述隧隧隧道施工ANSYYS模擬的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)ANSYS隧道道道結(jié)構(gòu)實(shí)實(shí)例分分析ANSSYYS隧道開挖挖模模擬實(shí)例例分析析本章典型效果圖圖圖3.1隧道工工工程相關(guān)關(guān)概念念3.1.1隧道工程程設(shè)設(shè)計(jì)模型型為達(dá)到各種不同同同的使用用目的的，在山山體或或地面下下修建建的建筑筑物，統(tǒng)統(tǒng)稱為“地下工程”。在地下下工工程中，用用以以保持地地下空空間作為為運(yùn)輸輸孔道，稱稱之之為“隧道”。由于地地層層開挖后后容易易變形、塌塌落落或是有有水涌涌入，所所以在在除了在在極為為穩(wěn)固地地層中中且沒有有地下下水的地地方以以外，大大都要要在坑道道的周周圍修建建支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)，稱稱之之為“襯砌”。隧道工工程程建筑物物是埋埋于地層層中的的結(jié)構(gòu)物物，它它的受力力和變變形與圍圍巖密密切相關(guān)關(guān)，支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)與圍圍巖作為為一個個統(tǒng)一的的受力力體系相相互約約束，共共同作作用。隧隧道工工程所處處的環(huán)環(huán)境條件件與地地面工程程是全全然不同同的，但但長期以以來都都沿用適適應(yīng)地地面的工工程理理論和方方法來來解決地地下工工程中所所遇到到的各類類問題題，因而而常常常不能正正確地地闡明地地下工工程中出出現(xiàn)的的各種力力學(xué)現(xiàn)現(xiàn)象和過過程，是是地下工工程長長期處于“經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”和“經(jīng)驗(yàn)施工”的局面。這這這種局面面與迅迅速發(fā)展展的地地下工程程現(xiàn)實(shí)實(shí)極不相相稱，促促使人們們努力力尋找新新的理理論和方方法來來解決地地下工工程遇到到的各各種問題題。地下工程的設(shè)計(jì)計(jì)計(jì)理論和和方法法經(jīng)歷了了一個個相當(dāng)長長的發(fā)發(fā)展過程程。在在20世紀(jì)20年代以前前，地地下工程程支護(hù)護(hù)理論主主要有有古典的的壓力力理論和和散體體壓力理理論，以以磚、石石頭材材料作為為襯砌砌，采用用木支支撐或竹竹支撐撐的分部部開挖挖方法進(jìn)進(jìn)行施施工。此此時，只只是將襯襯砌作作為受力力結(jié)構(gòu)構(gòu)，圍巖巖是看看作載荷荷作用用在襯砌砌結(jié)構(gòu)構(gòu)上，這這種設(shè)設(shè)計(jì)理論論過于于保守，設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)出的襯襯砌厚厚度偏大大。20世紀(jì)50年代以來來，巖巖石力學(xué)學(xué)開始始成為一一門獨(dú)獨(dú)立的學(xué)學(xué)科，圍圍巖彈性性、彈彈塑性和和粘彈彈性解答答逐步步出現(xiàn)。土土力力學(xué)的發(fā)發(fā)展促促使松散散地層層圍巖穩(wěn)穩(wěn)定和和圍巖壓壓力理理論的發(fā)發(fā)展，而而巖石力力學(xué)的的發(fā)展則則促使使圍巖壓壓力和和地下工工程支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)理論論的進(jìn)一一步的的飛躍。同同時時，錨桿桿和噴噴射混凝凝土的的作為初初期支支護(hù)得到到廣泛泛應(yīng)用。這這種種柔性支支護(hù)允允許開挖挖后的的圍巖有有一定定的變形形，使使圍巖能能夠發(fā)發(fā)揮其穩(wěn)穩(wěn)定性性，從而而可以以大大地地減小小襯砌厚厚度。國際隧道學(xué)會認(rèn)認(rèn)認(rèn)為，目目前采采用的隧隧道設(shè)設(shè)計(jì)模型型主要要有以下下幾種種：以工程類比為主主主的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)方法。以現(xiàn)場測試和實(shí)實(shí)實(shí)驗(yàn)室試試驗(yàn)為為主的實(shí)實(shí)用設(shè)設(shè)計(jì)方法法（如如現(xiàn)場和和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)室的巖巖土力力學(xué)試驗(yàn)驗(yàn)、以以洞周圍圍測量量值為基基礎(chǔ)的的收斂—約束法以以及及實(shí)驗(yàn)室室模型型試驗(yàn)等等）。作用—反作用設(shè)設(shè)計(jì)模模型，即即目前隧隧道設(shè)設(shè)計(jì)常用用的載載荷—結(jié)構(gòu)模型型，包包括彈性性地基基梁、彈彈性地地基圓環(huán)環(huán)等。連續(xù)介質(zhì)模型，包包括解析法（封封閉解和近似似解）和數(shù)值值法（以FEM為主）。國際隧道學(xué)會于于于1978年成立了了隧隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)模型研研究小小組，收收集和和匯總了了各會會員國目目前采采用的隧隧道工工程設(shè)計(jì)計(jì)模型型，詳見見表3-1。表3-1隧隧隧道工程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)模型國家盾構(gòu)法NATM法礦山法明挖法中國彈性地基圓環(huán)、經(jīng)驗(yàn)法初期支護(hù)：FEEEM、收斂—約束法二次支護(hù)：彈性性性地基圓圓環(huán)初期支護(hù)：經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)驗(yàn)法二次支護(hù)：作用用用與發(fā)作作用法法大型洞室：FEEEM結(jié)構(gòu)力學(xué)彎距分分分配法澳大利亞彈性支撐全圓環(huán)環(huán)環(huán)法、MuirrWoood法或假定定隧隧道變形形法初期支護(hù)：Prrrocttorr-White法二次支護(hù)：彈性性性支撐全全圓環(huán)環(huán)法、MuirrWoood法或假定定隧隧道變形形法初期支護(hù)：Prrrocttorr-White法二次支護(hù)：彈性性性支撐全全圓環(huán)環(huán)法、MuirrWoood法或假定定隧隧道變形形法結(jié)構(gòu)力學(xué)彎距分分分配法奧地利彈性地基圓環(huán)彈性地基圓環(huán)、FEM、收斂—約束法經(jīng)驗(yàn)法彈性地基框架日本局部支撐彈性地地地基圓環(huán)環(huán)局部支撐彈性地地地基圓環(huán)環(huán)、經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法加加測試試、FEM彈性地基框架、FEM、特征曲曲線線法彈性地基框架、FEM德國埋深<2D：頂頂部部無支撐的的的彈性地地基圓圓環(huán)埋深>3D：全全周周支撐的彈彈彈性地基基圓環(huán)環(huán)或FEM埋深<2D：頂頂部部無支撐的的的彈性地地基圓圓環(huán)埋深>3D：全全周周支撐的彈彈彈性地基基圓環(huán)環(huán)或FEM全周支撐的彈性性性地基圓圓環(huán)或或FEM彈性地基框架法國彈性地基圓環(huán)或或或FEMFEM、經(jīng)驗(yàn)法法法、作用用與反反作用法法連續(xù)介質(zhì)模型、收收斂-約束法、經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法—英國彈性地基圓環(huán)法法法、MuirrWoood法收斂-約束法、經(jīng)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)法FEM、收斂---約束法、經(jīng)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法矩形框架瑞士—作用與反作用法法法FEM、收斂---約束法、經(jīng)經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法—美國彈性地基圓環(huán)彈性地基圓環(huán)、FEM、Proctorrr-Whhitte法、經(jīng)驗(yàn)法—彈性地基連續(xù)框框框架比利時Schulzeee-Duudddek法——鋼架結(jié)構(gòu)注：表表表中NATM指新奧法法，是是NEWAAUSTTRIIATTUNNNELLINNGMMETTHOD的簡稱。FEEM指有限元元法法，是FINIITTEEELEEMENNTMETTHOOD的簡稱。各種隧道設(shè)計(jì)模模模型各有有其適適合的場場合，也也各有自自身的的局限性性。由由于隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)受受到各各種復(fù)雜雜因素素的影響響，因因此在世世界各各國隧道道設(shè)計(jì)計(jì)中，主主要采采用以工工程類類比為主主的經(jīng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法，特特別是在在支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)預(yù)設(shè)計(jì)計(jì)中應(yīng)用用最多多。即使使內(nèi)力力分析采采用比比較嚴(yán)格格的理理論，其其計(jì)算算結(jié)果往往往也也需要用用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)類比加加以判判斷和補(bǔ)補(bǔ)充。如如常見公公路或或鐵路隧隧道，都都是選取取以工工程類比比為主主的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計(jì)計(jì)法來進(jìn)進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)的擬擬定，可可見公公路或鐵鐵路隧隧道設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范范。但是是，采采用此法法設(shè)計(jì)計(jì)的隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)是不安安全的的和不經(jīng)經(jīng)濟(jì)的的。因?yàn)闉樵O(shè)計(jì)計(jì)的隧道道的地地質(zhì)勘探探不可可能做到到對每每一段都都進(jìn)行行鉆探，因因而而會出現(xiàn)現(xiàn)地質(zhì)質(zhì)條件錯錯誤判判斷現(xiàn)象象，有有可能實(shí)實(shí)際圍圍巖類別別比設(shè)設(shè)計(jì)采用用的要要低，這這樣按按高類別別圍巖巖設(shè)計(jì)出出的隧隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)是不不安全的的。相相反，若若實(shí)際際圍巖類類別比比設(shè)計(jì)采采用高高，則采采用的的設(shè)計(jì)是是不經(jīng)經(jīng)濟(jì)的。隨著NATM的的出出現(xiàn)，以測測測試為主主的實(shí)實(shí)用設(shè)計(jì)計(jì)法為為現(xiàn)場人人員所所歡迎，因因?yàn)闉樗芴崽峁┲敝庇X的材材料，以以更準(zhǔn)確確地估估計(jì)地層層和地地下結(jié)構(gòu)構(gòu)的穩(wěn)穩(wěn)定性和和安全全程度。其其中中應(yīng)用最最多的的是收斂—約束法，其其其主要思思想是是：一邊邊施工工，一邊邊進(jìn)行行洞周圍圍量測測，隨著著位移移變化情情況，來來選用合合適的的隧道支支護(hù)參參數(shù)，這這樣就就可以按按實(shí)際際地質(zhì)條條件來來設(shè)計(jì)隧隧道支支護(hù)，避避免了了工程類類比既既不安全全又不不經(jīng)濟(jì)的的缺點(diǎn)點(diǎn)。收斂—約束法將將支支護(hù)和圍圍巖視視為一體體，作作為共同同承載載的隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系，通通過過調(diào)整支支護(hù)來來控制變變形，從從而最大大限度度地發(fā)揮揮了圍圍巖自身身的承承載能力力。采采用此模模型，有有些問題題可以以使用解解析法法求解，但但大大部分問問題因因數(shù)學(xué)上上的困困難必須須依賴賴數(shù)值方方法。理論計(jì)算法可用用用于進(jìn)行行無經(jīng)經(jīng)驗(yàn)可循循的新新型隧道道工程程設(shè)計(jì)，因因此此基于作作用與與反作用用模型型和連續(xù)續(xù)介質(zhì)質(zhì)模型的的計(jì)算算理論成成為一一種特定定的計(jì)計(jì)算手段段日益益為人們們重視視。由于于隧道道工程所所處環(huán)環(huán)境的復(fù)復(fù)雜性性，以及及各種種隧道設(shè)設(shè)計(jì)模模型各有有優(yōu)缺缺點(diǎn)，因因此工工程技術(shù)術(shù)人員員在設(shè)計(jì)計(jì)隧道道結(jié)構(gòu)時時，往往往需要要同時時進(jìn)行多多種設(shè)設(shè)計(jì)模型型的比比較，以以作出出既經(jīng)濟(jì)濟(jì)又安安全的合合理設(shè)設(shè)計(jì)。從各國國國地下結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)踐踐看，目目前隧道道設(shè)計(jì)計(jì)主要采采用兩兩種模型型。第一種模型即即即為傳統(tǒng)的的結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)模型型。它是是將支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)和圍圍巖分開開來考考慮，支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)是承承載主主體，圍圍巖作作為載荷荷的來來源和支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的彈彈性支支撐，故故又稱稱為荷載—結(jié)構(gòu)模型型。采采用這種種模型型時，認(rèn)認(rèn)為隧隧道支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)與圍巖巖的相相互作用用是通通過彈性性支撐撐對結(jié)構(gòu)構(gòu)施加加約束來來體現(xiàn)現(xiàn)的，而而圍巖巖餓承載載能力力則在確確定圍圍巖壓力力與彈彈性支撐撐的約約束能力力時間間接地考考慮。圍圍巖承載載能力力越高，它它給給予支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的壓力力越小小，彈性性支撐撐的約束束支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)變變形的的抗力越越大。這這種模型型主要要適用于于圍巖巖因過分分變形形而發(fā)生生松弛弛和崩塌塌，支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)主動動承擔(dān)圍圍巖“松動”壓力情形形。利利用這種種模型型進(jìn)行隧隧道設(shè)設(shè)計(jì)關(guān)鍵鍵問題題是如何何確定定作用在在支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)上上的主主動荷載載，其其中最重重要的的是圍巖巖松動動壓力和和彈性性支撐作作用于于支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的彈性抗抗力。一一旦解決決了這這兩個問問題，就就可以運(yùn)運(yùn)用結(jié)結(jié)構(gòu)力學(xué)學(xué)方法法求出朝朝靜定定體系的的內(nèi)力力和位移移。因因?yàn)檫@種種模型型概念清清晰，計(jì)計(jì)算簡便便，便便于被工工程師師接受，所所以以至今很很通用用，特別別是在在模筑襯襯砌。屬于這種模型的的的計(jì)算方方法有有彈性連連續(xù)框框架（含含拱形形）法、假假定定抗力法法和彈彈性地基基梁（含含曲梁和和圓環(huán)環(huán)）法等等。當(dāng)當(dāng)軟弱地地層對對結(jié)構(gòu)變變形的的約束能能力較較差時（或或襯襯砌與地地層間間的空隙隙回填填、灌漿漿不密密實(shí)時），隧隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力力計(jì)算常用彈彈性連續(xù)框架架法，反之，采采用假定抗力力法或彈性地地基法。第二種模型叫現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)代巖體體力學(xué)學(xué)模型。它它將將支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)和和圍巖視視為一一體，作作為共共同承載載的隧隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系，故又又稱為為圍巖—結(jié)構(gòu)共同同作作用模型型。這這種模型型中，圍圍巖是直直接的的承載單單元，支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)只是是用來約約束和和限制圍圍巖的的變形，這這一一點(diǎn)剛好好與第第一種模模型相相反。這這種模模型主要要用于于由于圍圍巖變變形而引引起的的壓力，壓壓力力值必須須通過過支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)與與圍巖共共同作作用而求求得，這這是反映映當(dāng)前前現(xiàn)代支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)原理理的一一種設(shè)計(jì)計(jì)方法法，需采采用巖巖石力學(xué)學(xué)方法法進(jìn)行計(jì)計(jì)算。應(yīng)應(yīng)當(dāng)指出出，支支護(hù)體系系不僅僅是指襯襯砌與與噴層等等結(jié)構(gòu)構(gòu)物，而而且還還包括錨錨桿、鋼鋼筋及鋼鋼拱架架等支護(hù)護(hù)在內(nèi)內(nèi)。圍巖———結(jié)構(gòu)共同同作作用模型型是目目前隧道道結(jié)構(gòu)構(gòu)體系設(shè)設(shè)計(jì)中中力求采采用的的或正在在發(fā)展展的模型型，因因?yàn)樗袭?dāng)當(dāng)前施工工技術(shù)術(shù)水平，采采用用快速和和超強(qiáng)強(qiáng)的支護(hù)護(hù)技術(shù)術(shù)可以限限制圍圍巖的變變形，從從而阻止止圍巖巖松動壓壓力的的產(chǎn)生。這這種種模型還還可以以考慮各各種幾幾何形狀狀、圍圍巖特性性和支支護(hù)材料料的非非線性特特性、開開挖面空空間效效應(yīng)所形形成的的三維狀狀態(tài)以以及地質(zhì)質(zhì)中不不連續(xù)面面等。利利用此模模型進(jìn)進(jìn)行隧道道設(shè)計(jì)計(jì)的關(guān)鍵鍵問題題是，如如何確確定圍巖巖初始始應(yīng)力場場和表表示材料料非線線性特性性的各各種參數(shù)數(shù)及其其變化情情況。一一旦這些些問題題解決了了，原原則上任任何場場合都可可用有有限單元元法求求出圍巖巖與支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的應(yīng)應(yīng)力及位位移狀狀態(tài)。這種模型中只有有有一些特特殊隧隧道可以以用解解析法或或收斂斂—約束法圖圖解解，絕大大部分分隧道求求解時時因數(shù)學(xué)學(xué)上的的困難必必須依依賴數(shù)值值方法法，借助助計(jì)算算機(jī)來進(jìn)進(jìn)行分分析求解解。3.1.2隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)的的數(shù)值計(jì)計(jì)算方方法通常，隧道支護(hù)護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)計(jì)算需需要考慮慮地層層和支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的共同同作用用，一般般都是是非線性性的二二維或三三維問問題，并并且計(jì)計(jì)算還與與開挖挖方法、支支護(hù)護(hù)過程有有關(guān)。對對于這類類復(fù)雜雜問題，必必須須采用數(shù)數(shù)值方方法。目目前用用于隧道道開挖挖、支護(hù)護(hù)過程程的數(shù)值值方法法有：有有限元元法、邊邊界元元法、有有限元元—邊界元耦耦合合法。其中有有有限元法法是一一種發(fā)展展最快快的數(shù)值值方法法，已經(jīng)經(jīng)成為為分析隧隧道及及地下工工程圍圍巖穩(wěn)定定和支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度度計(jì)算的的有力力工具。有有限限元法可可以考考慮巖土土介質(zhì)質(zhì)的非均均勻性性、各向向異性性、非連連續(xù)性性以及幾幾何非非線性等等，適適用于各各種實(shí)實(shí)際的邊邊界條條件。但但該法法需要將將整個個結(jié)構(gòu)系系統(tǒng)離離散化，進(jìn)進(jìn)行行相應(yīng)的的插值值計(jì)算，導(dǎo)導(dǎo)致致數(shù)據(jù)量量大，精精度相對對底。大型型通用有限限元軟件ANSYYS就可用于于隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)的數(shù)值計(jì)計(jì)算，還可可以實(shí)現(xiàn)隧隧道開挖與與支護(hù)以及及連續(xù)開挖挖的模擬。邊界元法在一定定定程度上上改進(jìn)進(jìn)了有限限元法法精度，它它的的基本未未知量量只在所所關(guān)心心問題的的邊界界上，如如在隧隧道計(jì)算算時，只只要對分分析對對象的邊邊界作作離散處處理，而而外圍的的無限限域則視視為無無邊界。但但該該法要求求分析析區(qū)域的的幾何何、物理理必須須是連續(xù)續(xù)的。有限元—邊界元元元耦合法法則使使采用兩兩種方方法的長長處，從從而可取取得良良好的效效果。如如計(jì)算隧隧道結(jié)結(jié)構(gòu)，對對主要要區(qū)域（隧隧道道周圍區(qū)區(qū)域）采采用有限元法法，對對于隧道道外部部區(qū)域可可按均均質(zhì)、線線彈性性模擬，這這樣樣計(jì)算出出來的的結(jié)果精精度一一般較高高。3.1.3隧道荷載載參照相相相關(guān)隧道道設(shè)計(jì)計(jì)規(guī)范，隧隧道道設(shè)計(jì)主主要考考慮荷載載包括括永久荷荷載、可可變荷載載和偶偶然荷載載，詳詳見表3-2。其中最最重重要的是是圍巖巖的松動動壓力力，支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的自重重可按按預(yù)先擬擬定的的結(jié)構(gòu)尺尺寸和和材料重重度計(jì)計(jì)算確定定。在在含水地地層中中，靜水水壓力力可按最最底水水位考慮慮。在在沒有仰仰拱結(jié)結(jié)構(gòu)中，車車輛輛荷載直直接傳傳給地層層。表3-2隧隧隧道荷載荷載分類荷載名稱說明永久荷載結(jié)構(gòu)自重恒載主要載荷結(jié)構(gòu)附加恒載圍巖壓力土壓力混凝土收縮和徐徐徐變的影影響可變荷載車輛荷載活載車輛荷載引起的的的土壓力力沖擊力公路活載附加荷載凍脹力灌漿力溫差應(yīng)力施工荷載偶然荷載落石沖擊力附加荷載地震力特殊荷載3.2隧道施工工工過程ANSYYS模擬的實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)3.2.1單元元元生死3.2.1.111單元生死死的的定義如果模模模型中加加入或或刪除材材料，對對應(yīng)模型型中的的單元就就存在在或消失失，把把這種單單元的的存在與與消失失的情形形定義義為單元元生死死。單元元的生生死選項(xiàng)項(xiàng)就用用于在這這種情情況下殺殺死或或重新激激活所所選擇單單元。單單元生死死功能能主要用用于開開挖分析析（如如煤礦開開挖和和隧道開開挖等等）、建建筑物物施工過過程（如如近海架架橋過過程）、順順序序組裝（如如分分層計(jì)算算機(jī)的的組裝）以以及及許多其其他方方面應(yīng)用用（如如用戶可可以根根據(jù)已知知單元元位置來來方便便地激活活或殺殺死它們們）。需要注意的是，ANSYYS單元的生生死死功能只只適用用于ANSYYSS/Muulttiphhyssics，ANSYYSS/Meechhaniicaal和ANSYYSS/Sttruuctuuree產(chǎn)品。此此外外，并非非所有有ANSYYS單元具有有生生死功能能，具具有此生生死功功能的單單元見見表3-1。表3-1AAANSYSS中具有生生死死功能的的單元元HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK1.html"LINK1HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM24.html"BEAM24HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL57.html"SHELL5777HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE83.html"PLANE8333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SURF152.html"SURF15222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID185.html"SOLID18885HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE2.html"PLANE2HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE25.html"PLANE2555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE59.html"PIPE59HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID87.html"SOLID8777HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SURF153.html"SURF15333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID186.html"SOLID18886HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM3.html"BEAM3HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_MATRIX27.html"MATRIX2227HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE60.html"PIPE60HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID90.html"SOLID9000HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SURF154.html"SURF15444HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID187.html"SOLID18887HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM4.html"BEAM4HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK31.html"LINK31HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID62.html"SOLID6222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID92.html"SOLID9222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL157.html"SHELL15557HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM188.html"BEAM18888HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID5.html"SOLID5HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK32.html"LINK32HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL63.html"SHELL6333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL93.html"SHELL9333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_TARGE169.html"TARGE16669HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM189.html"BEAM18999HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK8.html"LINK8HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK33.html"LINK33HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID64.html"SOLID6444HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID95.html"SOLID9555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_TARGE170.html"TARGE17770HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLSH190.html"SOLSH19990HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK10.html"LINK10HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK34.html"LINK34HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID65.html"SOLID6555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID96.html"SOLID9666HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA171.html"CONTA17771HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_FOLLW201.html"FOLLW20001HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK11.html"LINK11HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE35.html"PLANE3555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE67.html"PLANE6777HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID97.html"SOLID9777HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA172.html"CONTA17772HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL208.html"SHELL20008HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE13.html"PLANE1333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL41.html"SHELL4111HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK68.html"LINK68HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID98.html"SOLID9888HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA173.html"CONTA17773HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL209.html"SHELL20009HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_COMBIN14.html"COMBIN1114HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE42.html"PLANE4222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID69.html"SOLID6999HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE121.html"PLANE12221HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA174.html"CONTA17774HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE230.html"PLANE23330HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE16.html"PIPE16HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL43.html"SHELL4333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID70.html"SOLID7000HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID122.html"SOLID12222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA175.html"CONTA17775HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID231.html"SOLID23331HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE17.html"PIPE17HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM44.html"BEAM44HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_MASS71.html"MASS71HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID123.html"SOLID12223HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_CONTA176.html"CONTA17776HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID232.html"SOLID23332HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE18.html"PIPE18HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SOLID45.html"SOLID4555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE75.html"PLANE7555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL131.html"SHELL13331HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_LINK180.html"LINK18000HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_MASS21.html"MASS21HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM54.html"BEAM54HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE78.html"PLANE7888HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL143.html"SHELL14443HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE182.html"PLANE18882HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_BEAM23.html"BEAM23HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE55.html"PLANE5555HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE82.html"PLANE8222HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SURF151.html"SURF15111HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE183.html"PLANE18883HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PIPE20.html"PIPE20HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE53.html"PLANE5333HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_PLANE77.html"PLANE7777HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL132.html"SHELL13332HYPERLINK"mk:@MSITStore:C:\\Program%20Files\\Ansys%20Inc\\v100\\commonfiles\\help\\en-us\\ansyshelp.chm::/Hlp_E_SHELL181.html"SHELL18881在一些些些情況下下，單單元生死死狀態(tài)態(tài)可以根根據(jù)ANSYYS計(jì)算所得得數(shù)數(shù)值來決決定，如如溫度值值、應(yīng)應(yīng)力值等等?？煽梢岳肊TABBLLE命令和ESEL命令來確確定定選擇單單元的的相關(guān)數(shù)數(shù)據(jù)，也也可以改改變單單元的狀狀態(tài)（如如溶解、固固結(jié)結(jié)、破裂裂等）。這這這個特性性對因因相變引引起的的模型效效應(yīng)（如如焊接過過程中中，結(jié)構(gòu)構(gòu)上的的可熔材材料的的固結(jié)狀狀態(tài)因因焊接從從不生生效變成成生效效，從而而使模模型增加加了原原不生效效部分分）、失失效面面擴(kuò)展以以及其其他相關(guān)關(guān)分析析的單元元變化化是很有有效的的。3.2.1.222單元生死死的的原理要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)現(xiàn)單元生生死效效果，ANSYYS程序并不不是是將“殺死”的單元從從模模型中刪刪除，而而是將其其剛度度（或傳傳導(dǎo)或或其他分分析特特性）矩矩陣乘乘以一個個很小小的因子ESTIIF。因子的的默默認(rèn)值為10E--6，也可以以賦賦予其他他數(shù)值值。死單單元的的單元荷荷載將將為0，從而不不對對荷載向向量生生效（但但任然然在單元元荷載載列表中中出現(xiàn)現(xiàn)）。同同樣，死死單元的的質(zhì)量量、阻尼尼、比比熱和其其他類類似參數(shù)數(shù)也設(shè)設(shè)置為0。死單元元的的質(zhì)量和和能量量將不包包括在在模型求求解結(jié)結(jié)果中。一一旦旦單元被被殺死死，單元元應(yīng)變變也就設(shè)設(shè)為0。同理，當(dāng)當(dāng)單元“出生”，并不是是將將其添加加到模模型中去去，而而是重新新激活活它們。用用戶戶必須在在前處處理器PREPP7中創(chuàng)建所所有有單元，包包括括后面將將要被被激活的的單元元。在求求解階階中不能能生成成新的單單元，要要添加“一個單元元，必必須先殺殺死它它，然后后在合合適的荷荷載步步中重新新激活活它。當(dāng)一個單單單元被重重新激激活時，其其剛剛度、質(zhì)質(zhì)量、單單元荷載載等將將恢復(fù)其其原始始的數(shù)值值。重重新激活活的單單元沒有有應(yīng)變變記錄，也也無無熱量存存儲。然然而，初初始應(yīng)應(yīng)變以實(shí)實(shí)參數(shù)數(shù)形式輸輸入（如LINKK1單元）卻卻不受單元元生死操作作的影響。此此外，除非非打開大變變形選項(xiàng)（NLGEEOM，ON），一些些單元類型型將恢復(fù)它它們以前的的幾何特性性（大變形形效果有時時了用來得得到合理的的結(jié)果）。如如果其承受受熱量體荷荷載，單元元在被激活活后第一個個求解過程程中同樣可可以有熱應(yīng)應(yīng)變。根據(jù)據(jù)其當(dāng)前荷荷載步溫度度和參考溫溫度計(jì)算剛剛被激活單單元的熱應(yīng)應(yīng)變。因此此，承受熱熱荷載的剛剛被激活單單元是有應(yīng)應(yīng)力的。3.2.1.333單元生死死的的使用用戶可可可以在大大多數(shù)數(shù)靜態(tài)和和非線線性瞬態(tài)態(tài)分析析中使用用單元元生死功功能，其其在各種種分析析操作中中的基基本過程程是相相同的。這這個個過程可可包括括以下3個步驟：：1.建立模型型在前處處處理器PREPP7中生成所所有有的單元元，包包括那些些只有有在以后后荷載載步中激激活的的單元。因因?yàn)闉樵谇蠼饨馄髦兄胁荒苌尚滦聠卧?.施加荷載載并并求解在求解解解器SOLUUTTION中執(zhí)行下下列列操作：：（1）定定定義第一一個荷荷載步在第一一一個荷載載步中中，用戶戶必須須選擇分分析類類型和所所有的的分析選選項(xiàng)?？煽梢岳糜妹盍罨騁UI方法來指指定定分析類類型：：命令方方方式：ANTYYPPEGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>AAnallyssisTyype>>NeewAAnaalyssiss對于所所所有單元元生死死應(yīng)用，在在第第一個荷荷載步步中應(yīng)設(shè)設(shè)置，因因?yàn)锳NSYYS程序不能能預(yù)預(yù)知EKILLL命令出現(xiàn)現(xiàn)在在后面的的荷載載步中?？煽梢砸岳妹罨蚧騁UI方法來完完成成此項(xiàng)設(shè)設(shè)置：：命令方方方式：NLGEEOOM，ONGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>AAnallyssisOpptioonss殺死所所所有要加加入到到后續(xù)荷荷載步步中的單單元，可可以利用用命令令或GUI方法來殺殺死死單元：：命令方方方式：EKILLLLGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>LLoaddSSteppOOptss>OOtheer>>Birrthh&Deeatth>KKilllEEleemenntss單元在在在第一個個子步步被殺死死或激激活，然然后在在整個荷荷載步步中保持持這種種狀態(tài)。作作為為默認(rèn)剛剛度矩矩陣的縮縮減因因子在一一些情情況下不不能滿滿足要求求，此此時可以以采用用更嚴(yán)格格的縮縮減因子子。可可以利用用命令令或GUI方法來完完成成此操作作：命令方方方式：ESTIIFFGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>LLoaddSSteppOOptss>OOtheer>>Birrthh&Deeatth>SStiiffnnesssMuultt不與任任任何激活活單元元相連的的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)將“漂移”，或具有有浮浮動的自自由度度數(shù)值。在在以以下情況況下，用用戶可能能要約約束不被被激活活的自由由度（D，CP等）以減減少少要求解解的方方程數(shù)目目，并并防止出出現(xiàn)錯錯誤條件件。當(dāng)當(dāng)激活具具有特特定形狀狀（或或溫度）的的單單元時，約約束束沒有激激活的的自由度度顯得得更為重重要。因因?yàn)樵谥刂匦录ぜせ顔卧獣r要要刪除這這些人人工約束束，同同時要刪刪除沒沒有激活活自由由度的節(jié)節(jié)點(diǎn)荷荷載（也也就是是不與任任何激激活單元元相連連的節(jié)點(diǎn)0。同樣，重重重新激活活的自自由度上上必須須施加節(jié)節(jié)點(diǎn)荷荷載。定義第第第一個荷荷載步步命令輸輸入示示例如下下：！第一一一個荷載載步TIMMME，…！設(shè)定荷荷載載步時間間（靜靜態(tài)分析析選項(xiàng)項(xiàng)）NLGGGEOM，ON！打開大大變變形效果果NROOOPT，F(xiàn)ULLL！設(shè)定牛牛頓-拉夫森選選項(xiàng)項(xiàng)ESTTTIF，…！設(shè)定非非默默認(rèn)縮減減因子子ESEEEL，…！選擇在在本本荷載步步將被被殺死的的單元元EKIIILL，…！殺死所所選選擇的單單元ESEEEL，S，LIVEE！選擇所所有有活動單單元NSEEEL，S！選擇所所有有活動節(jié)節(jié)點(diǎn)NSEEEL，INVEE！選擇所所有有不活動動節(jié)點(diǎn)點(diǎn)（不與與活動動單元相相連的的節(jié)點(diǎn)）D，AAALL，ALL，0！約束所所有有不活動動節(jié)的的自由度度NSEEEL，ALL！選擇所所有有節(jié)點(diǎn)ESEEEL，ALL！選擇所所有有單元D，………！施加合合適適約束F，………！施加合合適適的活動動節(jié)點(diǎn)點(diǎn)自由度度荷載載SF，…！施加合合適適的單元元荷載載BF，…！施加合合適的體荷載載SAVVVESOLLLVE（2）定定定義后續(xù)續(xù)荷載載步在后續(xù)續(xù)續(xù)荷載步步中，用用戶可以以根據(jù)據(jù)需要隨隨意殺殺死或激激活單單元。但但必須須要正確確地施施加和刪刪除約約束和節(jié)節(jié)點(diǎn)荷荷載。用下列列列命令來來殺死死單元：：命令方方方式：EKILLLLGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>LLoaddSSteppOOptss>OOtheer>>Birrthh&Deeatth>KKilllEEleemenntss用下列列列命令來來激活活單元：：命令方方方式：ELIVVEELGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>LLoaddSSteppOOptss>OOtheer>>Birrthh&Deeatth>AActtiveeEElemmennts!第二二二步或后后續(xù)荷荷載步TIMMME，…ESEEEL，…EKIIILL，….！殺死所所選選擇的單單元ESEEEL，….EALLLIVE，…！重新激激活活所選擇擇單元元….FDEEELE，…！刪除不不活活動自由由度的的節(jié)點(diǎn)荷荷載D，………!約束不活活動動自由度度…F，………！給活動動自自由度施施加合合適的節(jié)節(jié)點(diǎn)荷荷載DDEEELE，…！刪除重重新新激活自自由度度上的約約束SAVVVESOLLLVE3.查看結(jié)果果在大多多多數(shù)情況況下，用用戶對包包含生生死單元元進(jìn)行行后處理理分析析時因該該按照照標(biāo)準(zhǔn)步步驟來來進(jìn)行操操作。必必須清楚楚的是是，盡管管對剛剛度（傳傳導(dǎo)等等）矩陣陣的貢貢獻(xiàn)可以以忽略略，但殺殺死的的單元仍仍然在在模型中中。因因此，它它們將將包括在在單元元顯示、輸輸出出列表等等操作作中。例例如，由由于節(jié)點(diǎn)點(diǎn)結(jié)果果平均時時包含含死單元元，因因此會“污染”結(jié)果。可可以以忽略整整個死死單元的的輸出出，因?yàn)闉楹芏喽囗?xiàng)帶來來的效效果很小小。建建議在單單元顯顯示和其其它后后處理操操作前前用選擇擇功能能將死單單元選選出來。3.2.1.444單元生死死的的控制1.利用ANSYYS結(jié)果控制制單單元生死死在許多多多時候，用用戶戶不能清清楚知知道要?dú)⑺篮秃图せ顔螁卧牡拇_切位位置。如如，在熱熱分析析中要?dú)⑺廊廴廴诘膯螁卧醇丛谀Ｐ托椭幸埔迫サ娜廴刍牟牧希?，事事先先不知道道這些些單元的的位置置，這時時，用用戶就可可以根根據(jù)ANSYYS計(jì)算出的的溫溫度來確確定這這些單元元。當(dāng)當(dāng)用戶根根據(jù)ANSYYS計(jì)算結(jié)果果（如如溫度、應(yīng)應(yīng)力力、應(yīng)變變）來來決定殺殺死或或激活單單元時時，用戶戶可以以使用命命令來來識別并并選擇擇關(guān)鍵單單元。用下列方法識別別別單元：：命令方方方式：ETABBLLEGUIII方式：MainnMennu>>GennerralPoostpprooc>EEleemenntTabblee>DeefiineTaablee用下列列列方法來來選擇擇關(guān)鍵單單元：：命令方方方式：ESELLGUIII方式：UtilliityMeenu>>Seelecct>>Enttittiess接著用戶可以用用用EKILLLL/EAALIIVE命令殺死/激活所選選擇擇的單元元。用用戶也可可以用用ANSYYS的APDL語言編寫寫宏宏來執(zhí)行行這些些操作。下面的的的例子是是殺死死總應(yīng)變變超過過允許應(yīng)應(yīng)變的的單元：：/SOLU！進(jìn)入求求解解器...！標(biāo)準(zhǔn)求求解解過程SOLVEFINISH/POST1！進(jìn)入后后處處理器SET，.....ETABLE,,,STRRAIIN,EEPTTO,EEQVV！將總應(yīng)應(yīng)變變存入ETABBLLEESEL,S,,,ETAAB,,STRAAIIN,0.200！選擇所所有有總應(yīng)變變大于于或等于0.20的單元FINISH/SOLU！重新進(jìn)進(jìn)去去求解器器ANTYPE,,,,RESSTT！重復(fù)以以前前的靜態(tài)態(tài)分析析EKILL,AAALL！殺死所所選選擇（超超過允允許值）的的單單元ESEL,ALLLL！選擇所所有有單元...！繼續(xù)求求解解3.2.1.555單元生死死使使用提示示下列提示有助于于于用戶更更好地地利用ANSYYS的單元生生死死功能進(jìn)進(jìn)行分分析：（1）不不不活動自自由度度上不能能施加加約束方方程（CE，CEINNTTF）。當(dāng)節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)不與活活動單單元相連連時，不不活動自自由度度就會出出現(xiàn)。（2）可可可以通過過先殺殺死單元元，然然后再激激活單單元來模模擬應(yīng)應(yīng)力松弛弛（如如退火）。（3）在在在進(jìn)行非非線性性分析時時，注注意不要要因殺殺死或激激活單單元引起起奇異異性（如如結(jié)構(gòu)構(gòu)分析中中的尖尖角）或或剛度度突變，這這樣樣會使收收斂困困難。（4）如如如果模型型是完完全線性性的，也也就是說說除了了生死單單元，模模型不存存在接接觸單元元或其其它非線線性單單元且材材料是是線性的的，則則ANSYYS就采用線線性性分析，因因此此不會采采用ANSYYS默認(rèn)（SOLCCOONTRROLL，ON）非線性性求求解器。（5）在在在進(jìn)行包包含單單元生死死的分分析中，打打開開全牛頓-拉夫森選選項(xiàng)項(xiàng)的自適適應(yīng)下下降選項(xiàng)項(xiàng)將產(chǎn)產(chǎn)生很好好的效效果。用用下列列方法來來完成成此操作作：命令方方方式：NROPPT，F(xiàn)ULL，ONGUIII方式：MainnMennu>>Solluttionn>AAnallyssisOpptioonss（6）可可可以通過過一個個參數(shù)值值來指指示單元元的生生死狀態(tài)態(tài)。下下面命令令能得得到活單單元的的相關(guān)參參數(shù)值值：*GET，PAAAR，ELEM，n，ATTR，LIVEE該參數(shù)值可以用用用于APDL邏輯分支支（*IF）或其它它用用戶需要要控制制單元生生死狀狀態(tài)的場場合。（7）用荷載步步文文件求解法法法（LSWRRIITE）進(jìn)行多多荷荷載步求求解時時不能使使用生生死功能能，因因?yàn)樯浪绬卧獱顟B(tài)不不會寫寫進(jìn)到荷荷載步步文件。多多荷荷載步生生死單單元分析析必須須采用一一系列列SOLVVE命令來實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)。此外，用戶可以以以通過MPCHHG命令來改改變變材料特特性來來殺死或或激活活單元。但但這這個過程程要特特別小心心。軟軟件保護(hù)護(hù)和限限制使得得殺死死的單元元在求求解器中中改變變材料特特性時時將不生生效（單單元的集集中力力、應(yīng)變變、質(zhì)質(zhì)量和比比熱等等都不會會自動動變?yōu)?）。不當(dāng)當(dāng)?shù)牡氖褂肕PCHHG命令可能能會會導(dǎo)致許許多問問題。例例如，如如果把一一個單單元的剛剛度減減小到接接近0，但仍保保留留質(zhì)量，則則在在有加速速度或或慣性效效應(yīng)時時就會產(chǎn)產(chǎn)生奇奇異性。MPCHG命令令令的應(yīng)用用之一一：模擬擬系列列施工中中使“出生”單元的應(yīng)應(yīng)變變歷程保保持不不變。這這時用用MPCHHG命令可以以得得到單元元在變變形的節(jié)節(jié)點(diǎn)構(gòu)構(gòu)造初始始應(yīng)變變。3.2.2DP材料模型型巖石、混混凝土和和土壤壤等材料料都屬屬于顆粒粒狀材材料，這這類材材料受壓壓屈服服強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于于受拉屈屈服強(qiáng)強(qiáng)度，且且材料料受剪時時，顆顆粒會膨膨脹，常常用的VonMMiise屈服準(zhǔn)則則不不適合此此類材材料。在在土力力學(xué)中，常常用用的屈服服準(zhǔn)則則有Mohrr--Couuloomb，另外一一個個更準(zhǔn)確確描述述此類材材料的的強(qiáng)度準(zhǔn)準(zhǔn)則是是Drucckk-Prragger屈服準(zhǔn)則則，使使用Drucckk-Prragger屈服準(zhǔn)則則的的材料簡簡稱為為DP材料。在在巖巖石、土土壤的的有限元元分析析中，采采用DP材料可以以得得到較精精確的的結(jié)果。在ANSYS程程程序中，就就采采用Drucckk-Prragger屈服準(zhǔn)則則，此此屈服準(zhǔn)準(zhǔn)則是是對Mohrr--Couuloomb準(zhǔn)則給予予近近似，以以此來來修正VonMMiise屈服準(zhǔn)則則，即即在VonMMiises表達(dá)式中中包包含一個個附加加項(xiàng)，該該附加加項(xiàng)是考考慮到到靜水壓壓力可可以引起起巖土土屈服而而加入入的。其其流動動準(zhǔn)則既既可以以使用相相關(guān)流流動準(zhǔn)則則，也也可以使使用不不相關(guān)流流動準(zhǔn)準(zhǔn)則，其其屈服服面并不不隨著著材料的的逐漸漸屈服而而改變變，因此此沒有有強(qiáng)化準(zhǔn)準(zhǔn)則，然然而其屈屈服強(qiáng)強(qiáng)度隨著著側(cè)限限壓力（靜靜水水壓力）的的增增加而相相應(yīng)增增加，其其塑性性行為被被假定定為理想想塑性性。并且且，它它考慮了了由于于屈服引引起的的體積膨膨脹，但但不考慮慮溫度度變化的的影響響。```圖3-1DDDruckk--Praageer屈服面Druck-PPPraggerr屈服面在在主主應(yīng)力空空間內(nèi)內(nèi)為一圓圓錐形形空間曲曲面，在在π平面上為為圓圓形，如如圖3-1所示。Druck-PPPraggerr屈服準(zhǔn)則則表表達(dá)式為為：(3-1)其中：(33-22)((3-3))在平面面面應(yīng)變狀狀態(tài)下下：(3-4)((3-5))當(dāng)時，Drucck--Praager屈服準(zhǔn)則則在在主應(yīng)力力空間間內(nèi)切于Mohrr--Couuloomb屈服面的的一一個圓錐錐形空空間曲面面；當(dāng)當(dāng)時，Drucckk-Prragger屈服準(zhǔn)則則退退化為VonMMiise屈服準(zhǔn)則則。并并且Drucckk-Prragger屈服準(zhǔn)則則避避免了Mohrr--Couuloomb屈服面在在角角棱處引引起的的奇異點(diǎn)點(diǎn)。對于受拉破壞時時時：(3-6)(3-7)對于受壓破壞時時時：(3-8)((3-9))DP材料模型含含有有3個力學(xué)參參數(shù)數(shù)：粘聚力C內(nèi)摩擦角膨脹角這3個參數(shù)可通通過過ANSYYS中材料數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)表輸入入：MainMeeenu>>Prreprroccesssorr>MaateeriaalProopss>MaateeriaalModdells執(zhí)行完上面操作作作，彈出出一個個材料模模型對對話框，再再執(zhí)執(zhí)行：MateriaaalMModdelssAAvaiilaablee>SStruunttureer>>Nonnliineaar>>Ineelaastiic>>Nonn-mmetaalPlaastticiityy>Drrucckerr-PPraggerr接著在出現(xiàn)的對對對話框輸輸入這這3個參數(shù)便便可可。膨脹角用來控制制制體積膨膨脹的的大?。海寒?dāng)膨膨脹角=0時，則不不會會發(fā)生膨膨脹；；當(dāng)膨脹脹角==時，則發(fā)發(fā)生生嚴(yán)重的的體積積膨脹。DP材料受壓屈屈服服強(qiáng)度大于于于受拉屈屈服強(qiáng)強(qiáng)度，如如果已已知單軸軸受拉拉屈服應(yīng)應(yīng)力和和單軸受受壓屈屈服應(yīng)力力，則則可以得得到內(nèi)內(nèi)摩擦角角和粘粘聚力：：(3-1000)(3-1111)其中，和由受壓壓壓屈服應(yīng)應(yīng)力和和受拉屈屈服應(yīng)應(yīng)力計(jì)算算得到到：(3-12)(3-13)初始地應(yīng)力的模模模擬在模擬隧道施施施工過程中中，初初始地應(yīng)應(yīng)力模模擬是很很重要要的。在ANSYYS中，可以以有有兩種方方法實(shí)實(shí)現(xiàn)初始始地應(yīng)應(yīng)力的模模擬。方法一一一是只考考慮巖巖體的自自重應(yīng)應(yīng)力，忽忽略其其構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力，在在分析的的第一一步，首首先計(jì)計(jì)算巖體體的自自重應(yīng)力力場。這這種方法法簡單單方便，只只需需給出巖巖體的的各項(xiàng)參參數(shù)即即可計(jì)算算。缺缺點(diǎn)是計(jì)計(jì)算出出來的應(yīng)應(yīng)力場場與實(shí)際際應(yīng)力力場有偏偏差，并并且?guī)r體體在自自重作用用下還還產(chǎn)生了了初始始位移，在在繼繼續(xù)分析析的后后續(xù)施工工時，得得到的位位移結(jié)結(jié)果是累累加了了初始位位移的的結(jié)果，而而現(xiàn)現(xiàn)實(shí)中初初始位位移早就就結(jié)束束，對隧隧道的的開挖沒沒有影影響，因因此在在后面的的每個個施工階階段分分析位移移場時時，必須須減去去初始位位移場場。方法二二二是采用用讀起起初始應(yīng)應(yīng)力文文件的方方法。在在進(jìn)行結(jié)結(jié)構(gòu)分分析時，ANSYYS中可以使使用用讀入初初始應(yīng)應(yīng)力文件件來把把初始應(yīng)應(yīng)力定定義為一一種荷荷載。因因此，當(dāng)當(dāng)具有實(shí)實(shí)測初初始地應(yīng)應(yīng)力資資料時，可可將將初始地地應(yīng)力力寫成初初始營營利荷載載文件件，然后后作為為荷載條條件讀讀入ANSYYS，隨后就就可可以直接接進(jìn)行行第一步步的開開挖計(jì)算算。計(jì)計(jì)算得到到的應(yīng)應(yīng)力場和和位移移場就是是開挖挖后的實(shí)實(shí)際應(yīng)應(yīng)力場和和位移移場，不不需要要進(jìn)行加加減。開挖與支護(hù)及連連連續(xù)施工工的實(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)3.2.11所所介紹單元元元生死可可以實(shí)實(shí)現(xiàn)材料料的消消除與添添加，而而隧道的的開挖挖與支護(hù)護(hù)正好好比材料料的消消除與支支護(hù)，因因此可以以在ANSYYS中用單元元