【文章內容簡介】 限制使得殺死的單元在求解器中改變材料特性時將不生效（單元的集中力 、應變、質量和比熱等都 不會自動變?yōu)?0）。不當?shù)氖褂?MPCHG 命令可能會導致許多問題。例如，如果把一個單元的剛度減小到接近 0，但仍保留質量，則在有加速度或慣性效應時就會產(chǎn)生奇異性。 MPCHG 命令的應用之一 ：模擬 系列 施工 中 使 “出生”單元的應變歷程 保持不變。這時用MPCHG 命令 可以得到單元在變形的節(jié)點構造初始應變。 DP 材料模型 巖石、混凝土和土壤等材料都屬于 顆粒狀材料，這類材料受壓屈服強度遠大于受拉屈服強度，且材料受剪 時，顆粒會膨脹，常用的 VonMise 屈服準則不適合此類材料。 在土力學中，常用的屈服準則有 MohrCoulomb，另外一個更準確描述此類材料的強度準則是 DruckPrager 屈服第 4 章 ANSYS 在隧道工程中的應用分析 準則 ，使用 DruckPrager 屈服準則 的材料簡稱為 DP 材料。在巖石、土壤的有限元分析中，采用 DP 材料可以得到較精確的結果。 在 ANSYS 程序中， 就 采用 DruckPrager 屈服準則，此屈服準則 是 對 MohrCoulomb 準則給予近似，以此來修正 Vo nMise 屈服準則，即在 VonMises 表達式中包含一個附加項，該附加項是考慮到靜水壓力可以引起巖土屈服而加入的。其流動準則既可以使用相關流動準則，也可以使用不相關流動準則，其屈服面并不隨著材料的逐漸屈服而改變，因此沒有強化準則，然而其屈服強度隨著側限壓力（靜水壓力）的增加而相應增加 ，其塑性行為被假定為理想塑性 。并且，它考慮了由于屈服引起的體積膨脹，但不考慮溫度變化的影響。 DP 材料模型 含有 3 個力學 參數(shù) ： ? 粘聚力 C ? 內摩擦角 ? ? 膨脹角 f? 這 3 個參數(shù) 可 通過 ANSYS 中材料數(shù)據(jù)表輸入 ： Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models 執(zhí)行 完上面操作，彈出一個材料模型對話框，再執(zhí)行： Material Models AvailableStrunturerNonlinearInelasticNonmetal PlasticityDruckerPrager 接著在出現(xiàn)的對話框輸入這 3 個參數(shù)便可。 初始地應力的模擬 在模擬隧道施工過程中，初始地應力模擬是很重要的。在 ANSYS 中，可以有兩種方法實現(xiàn)初始地應力的模擬。 方法一是只考慮巖體的自重應力，忽略其構造應力，在分析的第一步，首先計算巖體的自重應力場。 這種方法簡單方便，只需給出巖體的各項參數(shù)即可計算。缺點是計算出來的應力場與實際應力場有偏差，并且?guī)r體在自重作用下還產(chǎn)生了初始位移，在繼續(xù)分析的后續(xù)施工時，得到的位移結果是累加了初始位移的結果，而現(xiàn)實中初 始位移早就結束，對隧道的開挖沒有影響，因此在后面的每個施工階段分析位移場時，必須減去初始位移場。 方法二是采用讀起初始應力文件的方法。 在進行結構分析時， ANSYS 中可以使用讀入初始應力文件來把初始應力定義為一種 荷載 。因此，當具有實測初始地應力資料時，可將初始地應力寫成初始營利 荷載 文件，然后作為 荷載 條件讀入 ANSYS，隨后就可以直接進行第一步的開挖計算。計算得到的應力場和位移場就是開挖后的實際應力場和位移場，不需要進行加減。 第 4 章 ANSYS 隧道工程中的應用實例分析 開挖與支護 及連續(xù)施工 的實現(xiàn) 根據(jù) 所介紹單元生死 可以實現(xiàn)材料的消除與添加，而隧道的開挖與支護正好比材料的消除與支護，因此可以在 ANSYS 中用單元生死來實現(xiàn)隧道開挖與支護的模擬。 隧道開挖時，先直接選擇被開挖掉的單元，然后將這些單元殺死，從而實現(xiàn)隧道的開挖模擬。進行隧道支護時，先將相應支護部分在開挖時被殺死的單元激活，單元被激活后，具有零應變狀態(tài)，并且把這些單元的材料屬性改為支護材料的屬性，這樣就實現(xiàn)了隧道支護的模擬。 此外，單元的生死狀態(tài)還可以根據(jù) ANSYS 的計算結果（如應力或應變）來決定。例如，在模擬過程中，用戶可以將超過允許應力或允許應變 的單元殺死，模擬圍巖或結構的破壞。 利用 ANSYS 程序中的 荷載 步功能可以實現(xiàn)不同工況間的連續(xù)計算，從而實現(xiàn)對隧道連續(xù)施工的模擬。具體可參照 單元生死使用。首先建立開挖隧道的有限元模型，包括將來要被殺死（挖掉）和激活（支護）的部分，在 ANSYS 模擬工程不需要重新劃分網(wǎng)格。在前一個施工完成后，便可以直接進行下一道工序的施工，即再殺死單元（開挖）和激活單元（支護），再求解，重復步驟直至施工結束。 ANSYS 隧道結構受力 實例 分析 ANSTS 隧道結構受力分析 步驟 為了保證隧道施工和運行時間的安全性，必須對隧道結構進行受力分析 。由于隧道結構是在地層中修建的，其工程特性、設計原則及方法與地面結構是不同的， 隧道結構的變形受到周圍巖土體本身的約束，從某種意義上講，圍巖也是地下結構的 荷載 ，同時也是結構本身的一部分， 因此不能完全采用地面結構受力分析方法來對隧道結構進行分析。當前，對隧道支護結構體系一般按照 荷載 — 結構模型進行演算 ，按照此模型設計的隧道支護結構偏于保守。 再借助有限元軟件（如 ANSYS）實現(xiàn)對隧道結構的 受 力分析。 ANSYS 隧道結構受力分析步驟： 1． 荷載 — 結構模型的建立 2． 創(chuàng)建物理環(huán)境 3． 建立模型 和 劃分網(wǎng)格 4． 施加 約束 和 荷載 5． 求解 6． 后處理（對結果進行分析） 第 4 章 ANSYS 在隧道工程中的應用分析 荷載 — 結構模型的建立 本步驟不在 ANSYS 中進行，但該步驟是進行 ANSYS 隧道結構受力分析前提。 只要在施工過程中不能使支護結構與圍巖保持緊密接觸，有效地阻止周圍巖體變形而產(chǎn)生松動壓力，隧道的支護結構就應該按 荷載 — 結構模型進行驗算。 隧道支護結構與圍巖的相互作用是通過彈性支撐對支護結構施加約束來體現(xiàn)的。 本步驟主要包含 2 項內容： ? 選擇 荷載 — 結構模型 ? 計算 荷載 1． 選擇 荷載 — 結構模型 荷載 — 結構模型雖然都是以承受巖體松動、崩塌而產(chǎn)生的豎向和側向主動壓力為主要特征，但對圍巖與支護結構相互作用的處理上，大致有三種做法： （ 1） 主動 荷載 模型 此模型不考慮圍巖與支護結構的相互作用，因此，支護結構在主動 荷載 作用下可以自由變形，其計算原理和地面結構一樣。此模型主要 適用 于軟弱圍巖 沒有能力去約束襯砌變形情況，如采用明挖法施工的城市地鐵工程及明洞工程。 （ 2）主動 荷載 加被動 荷載 （彈性抗力）模型