【正文】 INK1單元來模擬，二次襯砌支護(hù)用BEAM3來模擬，計(jì)算時(shí)首先計(jì)算溶洞存在時(shí)巖體的自重應(yīng)力場(chǎng)，然后再根據(jù)上述方法模擬開挖過程。ANSYS模擬隧道施工步驟如下：1） 建立模型。2） 施加載荷與初始應(yīng)力場(chǎng)模擬。3） 開挖隧道，用殺死單元來模擬。4） 對(duì)隧道進(jìn)行支護(hù)，用激活單元并改變單元材料屬性來模擬。5） 做隧道仰拱。6） 施加列車荷載。9）計(jì)算結(jié)果分析。 GUI操作方法 創(chuàng)建物理環(huán)境1) 在【開始】菜單中依次選取【所有程序】/【】/【ANSYS Product Launcher】，得到“ Product Launcher”對(duì)話框。2）選中【File Management】，在“Working Directory”欄輸入工作目錄“D:\ansys\example302”，在“Job Name”欄輸入文件名“Tunnel”。3）單擊“RUN”按鈕。4）過濾圖形界面：Main Menu Preferences，彈出“Preferences for GUI Filtering”對(duì)話框，選中“Structural”來對(duì)后面的分析進(jìn)行菜單及相應(yīng)的圖形界面過濾。5）定義工作標(biāo)題：Utility Menu File Change Title，在彈出的對(duì)話框中輸入“Tunnel Construct Modeling Analysis”，單擊“OK”，如圖355。圖355 定義工作標(biāo)題 6）設(shè)定角度單位：Utility Menu Parameters Angular Units…，彈出“Angular Units for Parameters Functions”對(duì)話框，如圖356所示。在“Units for angular”欄后面的下拉菜單中選取“Degrees DEG”，單擊“OK”按鈕。圖356 定義角度單位對(duì)話框7）定義單元類型：：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出“Element Types”單元類型對(duì)話框，如圖357所示，單擊“Add”按鈕。彈出“Library of Element Types”單元類型庫對(duì)話框，如圖358所示，在左面滾動(dòng)欄中選取“Beam”，右邊的滾動(dòng)欄中選擇“2D elastic 3”。然后單擊“OK”按鈕，這就定義了“BEAM3”單元。358 定義Beam3單元對(duì)話框：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出一個(gè)單元類型對(duì)話框，單擊“Add”按鈕。彈出如圖359所示對(duì)話框。在該對(duì)話框左面滾動(dòng)欄中選擇“Solid”，在右邊的滾動(dòng)欄中選擇“Quad 4node 42”，單擊“Apply”，就定義了“PLANE42”單元。圖359 定義PLANE42單元對(duì)話框 圖357 單元類型對(duì)話框 圖360 定義完單元類型對(duì)話框：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，彈出一個(gè)單元類型對(duì)話框，單擊“Add”按鈕。又彈出一個(gè)對(duì)話框，如圖360所示，在該對(duì)話框左面滾動(dòng)欄中選擇“Link”，在右邊的滾動(dòng)欄中選擇“2D Spar 1”，單擊“Apply”。又彈出一個(gè)如圖361所示的對(duì)話框。圖360 定義LINK1單元對(duì)話框 ：在圖361對(duì)話框中選中“Type 2 PLANE42”，單擊“Options”按鈕，彈出一個(gè)“PLANE42 element Type options”對(duì)話框，如圖362所示。在“Element behavior K3”欄后面的下拉菜單中選取“Plane strain”，其它欄后面的下拉菜單采用ANSYS默認(rèn)設(shè)置就可以，單擊“OK”按鈕。圖362 PLANE42單元庫類型選項(xiàng)對(duì)話框圖363 BEAM3單元庫類型選項(xiàng)對(duì)話框：圖361對(duì)話框中選中“Type 1 BEAM3”，單擊“Options”按鈕，彈出一個(gè)“BEAM3 element Type options”對(duì)話框，如圖363所示。在“Member force +moment output K6”欄后面的下拉菜單中選取“Include output”，其它欄后面的下拉菜單采用ANSYS默認(rèn)設(shè)置就可以，單擊“OK”按鈕。u 通過設(shè)置PLANE42單元選項(xiàng)“K3”為“Plane strain”來設(shè)定本實(shí)例分析采取平面應(yīng)變模型進(jìn)行分析。u PLANE42單元用來模擬隧道周圍圍巖和隧道初次襯砌。u BEAM3單元用來模擬隧道二次襯砌。u 設(shè)置BEAM3單元選項(xiàng)“K6”為“Include output”來設(shè)定輸出梁內(nèi)力。8）定義材料屬性：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，彈出“Define Material Model Behavior”對(duì)話框，如圖364所示。圖 364 定義材料本構(gòu)模型對(duì)話框 在圖364中右邊欄中連續(xù)雙擊“Structural Linear ElasticIsotropic”后，又彈出如圖365所示“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”對(duì)話框，在該對(duì)話框中“EX”后面的輸入欄輸入“”，在“PRXY” 后面的輸入欄輸入“”，單擊“OK”。再在選中“Density”并雙擊，彈出如圖366所示“Density for Material Number 1”對(duì)話框，在“DENS”后面的欄中輸入隧道襯砌混凝土材料的密度“2500”，單擊“OK”按鈕，返回圖364對(duì)話框中。再次在圖364中右邊的欄中連續(xù)雙擊“StructuralNonlinear InelasticNonmetal plasticitydruckerprager”后，又彈出一個(gè)如圖367所示對(duì)話框。在在“Cohesion”欄添入C25混凝土的內(nèi)聚力“”，在“Fric Angle” 欄添入C25混凝土的內(nèi)摩擦角“54”，單擊“OK”按鈕，彈出圖368所示對(duì)話框。 圖 365 線彈性材料模型對(duì)話框 圖 366材料密度輸入對(duì)話框圖367 定義DP材料對(duì)話框圖368 定義完襯砌材料屬性后對(duì)話框圖369 定義材料編號(hào)對(duì)話框 ：在圖368對(duì)話框中，單擊“Material New Model…”， 彈出一個(gè)“Define Material ID”對(duì)話框，如圖369所示，在“ID”欄后面輸入材料編號(hào)“2”，單擊“OK”按鈕。彈出一個(gè)定義材料模型對(duì)話框?qū)υ捒颍x中“Material Model Number 2”，和定義混凝土材料一樣，在右邊的欄中連續(xù)雙擊“Structural Linear ElasticIsotropic”后，又彈出一個(gè)“Linear Isotropic Properties for Material Number 2”對(duì)話框，在該對(duì)話框中“EX”后面的輸入欄輸入“”，在“PRXY” 后面的輸入欄輸入“”，單擊“OK”。再選中“Density”并雙擊，彈出一個(gè)“Density for Material Number 2”對(duì)話框，在“DENS”后面的欄中輸入隧道圍巖材料的密度“2200”，再單擊“OK”按鈕，彈出一個(gè)定義材料模型對(duì)話框。在彈出對(duì)話框中右邊欄中連續(xù)雙擊“StructuralNonlinear InelasticNonmetal plasticitydruckerprager”，又彈出一個(gè)如圖370所示對(duì)話框。在在“Cohesion”欄添入C25混凝土的內(nèi)聚力“”，在“Fric Angle” 欄添入C25混凝土的內(nèi)摩擦角“37”，單擊“OK”按鈕，彈出一個(gè)定義材料模型對(duì)話框。圖370 定義DP材料對(duì)話框 ：方法和定義圍巖材料性質(zhì)一樣，輸入的數(shù)據(jù)一樣，只是材料號(hào)為3，這是為后面求解便于操作。 ：在圖368對(duì)話框中，單擊“Material New Model…”， 彈出一個(gè)“Define Material ID”對(duì)話框，在“ID”欄后面輸入材料編號(hào)“4”，單擊“OK”按鈕。彈出一個(gè)定義材料模型對(duì)話框?qū)υ捒?，選中“Material Model Number 4”，和定義混凝土材料一樣，在右邊的欄中連續(xù)雙擊“Structural Linear ElasticIsotropic”后，又彈出一個(gè)“Linear Isotropic Properties for Material Number 2”對(duì)話框，在該對(duì)話框中“EX”后面的輸入欄輸入“17E10”，在“PRXY” 后面的輸入欄輸入“”，單擊“OK”。再選中“Density”并雙擊，彈出一個(gè)“Density for Material Number 2”對(duì)話框，在“DENS”后面的欄中輸入隧道圍巖材料的密度“7960”，再單擊“OK”按鈕，彈出定義完材料模型對(duì)話框，如圖371所示。圖371 定義完材料模型對(duì)話框在圖371對(duì)話框中，單擊“Material EXIT退出。u 隧道圍巖是Ⅳ級(jí)，其彈性模量、泊松比和密度以及隧道襯砌支護(hù)材料C25的這些物理力學(xué)參數(shù)是根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和現(xiàn)場(chǎng)情況得出的。u 把要挖去土體單獨(dú)定義一個(gè)材料號(hào)，目的是為了后面求解操作方便。 9）定義實(shí)常數(shù)：Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete，彈出“Real Constants” 實(shí)常數(shù)對(duì)話框，如圖372所示。單擊“Add”按鈕，彈出如圖373所示的選擇單元類型對(duì)話框，選中“Type 1 BEAM3”，單擊“OK”按鈕，彈出如圖374所示“Real Constant for BEAM3”對(duì)話框，在對(duì)話框中分別輸入隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)BEAM3梁單元的橫截面積AREA“”、慣性矩IZZ“**”、高度HEIGHT“”。：Main Menu Preprocessor Real Constants Add/Edit/Delete，彈出“Real Constants” 實(shí)常數(shù)對(duì)話框，單擊“Add”按鈕。彈出一個(gè)選擇單元類型對(duì)話框，選中“Type 3 LINK1”，單擊“OK”按鈕，彈出如圖375所示“Real Constant Set Number 2 for LINK1”對(duì)話框，在對(duì)話框中分別輸入錨桿單元LINK1的橫截面積AREA“**”。 圖372 實(shí)常數(shù)對(duì)話框圖 374 定義 BEAM3實(shí)常數(shù)對(duì)話框 圖373 選擇單元類型對(duì)話框 374 定義 LINK1實(shí)常數(shù)對(duì)話框 在圖374中單擊“OK”按鈕，彈出一個(gè)對(duì)話框，最后單擊“Close”按鈕。 建立模型和劃分網(wǎng)格1）定義分析參數(shù)：Utility Menu Parameters Scalar Parameters，彈出“Scalar Parameters”對(duì)話框，如圖375所示。在“Selection”輸入行輸入：“num = 30”，單擊“Accept”。然后依次在“Selection”輸入行分別輸入：jd_s = 0 jd_e= 180jd_s jd = (jd_ejd_s)/num distance = 10depth =80 fricangle = 37 dens=2200 d= cohesion=posionratio= elasticmoduli= t1= r_karst= r1=每輸入一個(gè)參數(shù)就按一次“Accept”按鈕確認(rèn)，最后輸入完后，單擊“Close”，關(guān)閉“Scalar Parameters”對(duì)話框，其輸入?yún)?shù)的結(jié)果如圖375所示。圖375 輸入?yún)?shù)對(duì)話框2）創(chuàng)建隧道襯砌支護(hù)線：Main Menu Preprocessor Modeling CreateKeypointsIn Active CS，彈出“Creae Keypoints in Active Cooedinate System”對(duì)話框，如圖376所示。在“NPT keypoint number”欄后面輸入“1”，在“X，Y，Z Location in active CS”欄后面輸入“（0，0，0）”，單擊“Apply”按鈕，這樣就創(chuàng)建了關(guān)鍵點(diǎn)1。再依次重復(fù)在“NPT keypoint number”欄后面輸入“202020204”，在對(duì)應(yīng)“X，Y，Z Location in active CS”欄后面輸入“（0，0）、（，0，0）、（，0，0）、（0，0，10）、（0，10）、（，0，10）、（，0，10），最后單擊“OK”按鈕。u 關(guān)鍵點(diǎn)點(diǎn)KPKPKPKP4是創(chuàng)建隧道支護(hù)線的4個(gè)圓心。u KP20KP20KP20KP204是后面生成圓法線外一點(diǎn)。圖376在當(dāng)前坐標(biāo)系創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)話框：這4個(gè)圓的圓心分別是關(guān)鍵點(diǎn)KPKPKPKP3和KP4，、。在命令行輸入“circle,1,201”,然后按回車鍵，就繪制出一個(gè)以關(guān)鍵點(diǎn)1為圓心。同法依次輸入命令：“circle,2,202”、 “circle,3,203”、 “circle,4,204”，繪制其他3個(gè)圓，如圖377所示。圖377 四心圓：Utility Menu PlotCtrls Numbering，彈出“Plot Numbering Controls”對(duì)話框，如圖378所示。選中“Line Numbers” 選項(xiàng)，后面的文字由“off”變?yōu)椤皁n”,單擊“OK”關(guān)閉