有限元基础理论与ANSYS应用—隧道结构力学分析专业：姓名：学号：指导教师：2014年12月隧道结构力学分析目录目录 (2)1. 问题的描述........................................................... 错误!未定义书签。

2. 建模....................................................................... 错误!未定义书签。

2.1 定义材料......................................................................... 错误!未定义书签。

2.2 建立几何模型................................................................. 错误!未定义书签。

2.3 单元网格划分 (5)3. 加载与求解 (6)3.1 施加重力加速度 (6)3.2 施加集中力、荷载位移边界条件 (6)4. 后处理 (8)4.1 初次查看变形结果 (8)4. 2 除去受拉弹簧网格.............. (9)4.3 除去弹簧单元网格 (10)4. 4 查看内力和变形结果 (11)4. 5 绘制变形图 (12)5. 计算结果对比分析 (14)6. 结语 (14)7. 在做题过程中遇到的问题及解决方法 (16)8. 附录 (16)山岭隧道结构力学分析1.问题的描述已知双线铁路隧道总宽为13.3米，高为11.08米，以III级围岩深埋段为例，隧道而衬厚度为35cm，带仰拱，采用钢筋混凝土C30，其重度为=25kN/m3，弹性模量为31GPa，泊松比为0.2，。

该段该隧道的埋深为5米，围岩平均重度为23kN/m3,侧压力系数为0.3，计算围岩高度为6.588m，地层弹性抗力系数为500MPa/m。

试分析结构的应力和变形图1双线铁路隧道断面（cm）2.建模2.1.定义材料a.添加单元材料类型:添加两种单元材料，分别为beam3和combin14b.定义材料实常数:Beam3材料，截面积0.35，高0.35，惯性矩0.35*0.35*0.35/12 c.定义材料力学指标:Beam3材料，密度2500，弹性模量3.1e10,泊松比0.22.2建立几何模型建立关键点，通过关键点创建弧线，生成的模型如下：图2-1 生成的模型图2.3.单元网格划分a.设置单元大小并将所有直线划分单元，生成模型如下：图2-2 生成的模型图b.采用do循环命令进行创建弹簧单元操作，模型如下：图2-3 带弹簧单元的单元网格图3.加载与求解3.1.施加重力加速度生成模型如下：图3-1 生成的模型图3.2.施加集中力，荷载和位移边界条件在节点上施加集中力，加上荷载和位移边界条件后的几何模型如下：图3-2 带荷载和边界条件的有限元模型图4.后处理4.1.初次查看变形结果绘制变形图,未去除弹簧单元网格如下图所示：如下所示：图4-1 生成第一次变形模型图4.2.除去收拉弹簧单元网格如下图所示：图4-2 去除受拉弹簧单元后的网格图4.3.去除弹簧单元网格如下图所示：图4-3 “杀死”受拉弹簧65,66,67,126,127,128单元图4-4 “杀死”受拉弹簧68,69,70,123,124,125单元图4-5 “杀死”受拉弹簧71,72,73,121,122单元 4.4.查看内力和变形结果绘制变形图，如下图所示：图4-6 绘制变形模型图图4-7 生成的模型图 4.5.绘制变形图。

如下图所示：查看轴力、剪力、内力图，如下图所示：图4-8 生成的模型轴力图图4-9 生成的模型剪力图图4-10 生成的模型弯矩图5.计算结果对比分析结果对比：min maxM keben -56867 47746me -57547 48186N keben -860267 -494036me -865972 -495812V keben -37251 37251me -37197 37198从中可以看出存在的误差可能的原因是，在4.3去除弹簧单元网格中，可以看到“杀死”单元时顺序不同，操作时导致结果存在微小差异。

6.在做题过程中遇到的问题及解决方法。

在进行做题过程中遇到了一些问题总结主要有一下几点：（1）操作中出现命令流的输入错误，比如拼写错误导致不能识别，符号缺少与丢失等原因引起的错误。

（2）检查输入数据是，查到由于数据多，出现输入数据错误。

（3）在去除受拉弹簧时用到的程序未能给明白具体意思，因而没法操作。

（4）不同版本的ANSYS的识别也出现不能运行的情况。

解决的方法，对于（1）、（2）、（3）的情况通过在编写输入命令流时要细心的操作，完成后在进行检查与操作来验证，不明白不清楚的进行替换操作。

对于（4）是由于在ANSYS10.0中对中英文不区分，而ANSYS12.0区分中英文标点符号，要重新修改才行。

7.束语本题对采用暗挖法修建的双线铁路隧道，用荷载-结构模型进行山岭隧道结构力学分析。

通过问题的描述、建模、加载与求解、后处理和计算结果分析。

在设计应用中应进行衬砌结构内力和变形分析，然后根据规范进行结构承载能力和正常使用极限状态验算，并采取相应的结构构造处理措施。

通过本题的ANSYS实践操作，了解本方向即岩土与地下工程的一方面，关于隧道及地下工程结构设计中力学行为的有限元仿真分析。

在了解了基本原理的前提下，结合平时老师在课堂上的所教所学，再查找资料。

结合实际，在做书本的例题时，经过几天的实际操作，学到了许多东西，同时通过多次尝试，摸索出了一些平时不注意和很少用的东西，基本上完成了老师交给我的题目，但是还存在许多问题，出现了好多次的卡壳与重做。

在这过程中，明白自己在ANSYS的操作上熟练程度差，编写命令流好要找资料进行模仿，同时在本题中就有与书本不一样的地方，就是因为没有弄清楚，采用其他代替的方法，这些都需要自己在接下来的学习中不断提高，为将来的自己的毕业设计做准备。

感谢老师给我们这样的一次有意义的大作业，这次作业全面的锻炼了我们在ANSYS操作上的能力，同时促进了大家在学习中的交流，让教室的学习气氛瞬间活跃起来，也促进了大家与师兄们讨论交流与学习。

大家在这次交流学习中更加明白ANSYS在自己方向中有着重要的应用，为将来毕业设计打下了一定的基础。

附录源程序/NOPRKEYW,PR_STRUC,1/PREP7ET,1,BEAM3ET,2,COMBIN14R,1,0.35,0.35*0.35*0.35/12,0.35 SECTYPE,1,BEAM,RECT SECOFFSET,CENT SECDATA,1,0.4mp,ex,1,31e9mp,prxy,1,0.2mp,dens,1,2500SA VEK,1,0,6.85,K,2,-6.48947,-2.193,K,3,-4.76147,-3.8979,K,4,4.76147,-3.8979,K,5,6.48947,-2.193,K,6,-5.56527,3.99378,K,7,-5.82788,-3.25059,K,8,0,-4.64781,K,9,5.82788,-3.25059,K,10,5.56527,3.99378,K,100,0,0,K,200,-3.93158,-1.3286,K,300,3.93158,-1.3286,K,400,0,10.84328,Larc,1,2,6Larc,2,3,7Larc,3,4,8Larc,4,5,9Larc,5,1,10SA VElsel,s,line,,1,5,4lesize,all,,,20,,,,,1allsellsel,s,line,,2,4,2lesize,all,,,4,,,,,1allsellsel,s,line,,3,3,0lesize,all,,,16,,,,,1allseltype, 1mat, 1real, 1lmesh,all/PNUM,KP,0/PNUM,ELEM,1/REPLOTSA VElocal,12,1,0,0csys,12psprng,1,tran,776690100,1 *do,i,3,21psprng,i,tran,776690100,1 *enddolocal,13,1,-3.93158,-1.3286 csys,13psprng,2,tran,748320000,1 *do,i,23,25psprng,i,tran,748320000,1 *enddolocal,14,1,0,10.84329 csys,14psprng,22,tran,724800000,1 *do,i,27,41psprng,i,tran,724800000,1 *enddolocal,15,1,3.93158,-1.3286 csys,15psprng,26,tran,748320000,1 *do,i,43,45psprng,i,tran,748320000,1 *enddolocal,16,1,0,0csys,16psprng,42,tran,776690100,1 *do,i,46,64psprng,i,tran,776690100,1 *enddo/solACEL,0,10,0,F,1,FX,0F,3,FX,755.933618F,4,FX,1505.072207 F,5,FX,2240.685109 F,6,FX,2956.161569 F,7,FX,3645.071785 F,8,FX,4301.224706 F,9,FX,4918.723657 F,10,FX,5492.019340 F,11,FX,6015.959699 F,12,FX,6485.836217 F,13,FX,6897.426240 F,14,FX,7247.030915 F,15,FX,7531.508436 F,16,FX,7748.302289 F,17,FX,7895.464197 F,18,FX,7971.671655 F,19,FX,7976.239808 F,20,FX,7909.127603 F,21,FX,7770.938188 F,2,FX,7314.871320 F,23,FX,6471.525186 F,24,FX,5361.236243 F,25,FX,3960.902214 F,26,FX,2675.436205 F,27,FX,2013.784571 F,28,FX,1731.839234 F,29,FX,1447.252933 F,30,FX,1160.459647 F,31,FX,871.896721 F,32,FX,582.004198 F,33,FX,291.224150 F,34,FX,0F,35,FX,-291.224149 F,36,FX,-582.004197 F,37,FX,-871.896720 F,38,FX,-1160.459646 F,39,FX,-1447.252932 F,40,FX,-1731.839233 F,41,FX,-2013.784574 F,26,FX,-2675.436209 F,43,FX,-3960.902215 F,44,FX,-5361.236243 F,45,FX,-6471.525185 F,42,FX,-7314.871294 F,46,FX,-7770.938161F,47,FX,-7909.127604 F,48,FX,-7976.239805 F,49,FX,-7971.671654 F,50,FX,-7895.464197 F,51,FX,-7748.302291 F,52,FX,-7531.508441 F,53,FX,-7247.030916 F,54,FX,-6897.426243 F,55,FX,-6485.836220 F,56,FX,-6015.959703 F,57,FX,-5492.019344 F,58,FX,-4918.723659 F,59,FX,-4301.224710 F,60,FX,-3645.071790 F,61,FX,-2956.161574 F,62,FX,-2240.685116 F,63,FX,-1505.072212 F,64,FX,-755.933632 F,1,FY,-53220.491493 F,3,FY,-52981.351554 F,4,FY,-52266.081855 F,5,FY,-51081.110681 F,6,FY,-49437.087118 F,7,FY,-47348.785516 F,8,FY,-44834.972892 F,9,FY,-41918.240230 F,10,FY,-38624.799419 F,11,FY,-34984.247764 F,12,FY,-31029.301907 F,13,FY,-26795.503917 F,14,FY,-22320.901814 F,15,FY,-17645.707665 F,16,FY,-12811.936224 F,17,FY,-7863.027300 F,18,FY,-2843.455422 F,19,FY,-2523.285196 F,20,FY,0F,21,FY,0F,2,FY,0F,23,FY,0F,24,FY,0F,25,FY,0F,22,FY,0F,27,FY,0F,28,FY,0F,29,FY,0F,30,FY,0F,31,FY,0F,32,FY,0F,33,FY,0F,34,FY,0F,35,FY,0F,36,FY,0F,37,FY,0F,38,FY,0F,39,FY,0F,40,FY,0F,41,FY,0F,26,FY,0F,43,FY,0F,44,FY,0F,45,FY,0F,46,FY,0F,42,FY,0F,46,FY,0F,47,FY,0F,48,FY,-2523.285195 F,49,FY,-2843.455390 F,50,FY,-7863.027262 F,51,FY,-12811.936194 F,52,FY,-17645.707640 F,53,FY,-22320.901780 F,54,FY,-26795.503888 F,55,FY,-31029.301879 F,56,FY,-34984.247739 F,57,FY,-38624.799403 F,58,FY,-41918.240189 F,59,FY,-44834.972872 F,60,FY,-47348.785499 F,61,FY,-49437.087109 F,62,FY,-51081.110694 F,63,FY,-52266.081840 F,64,FY,-52981.351727 D,34,UX,0/SOLantype,static nlgeom,onnropt,fulloutres,all,all time1 solve/solutime2 ekill,65 solve/solutime3 ekill,66 solve/solutime4 ekill,67 solve/solutime5 ekill,128 solve/solutime6 ekill,127 solvetime7 ekill,126 solve/solutime8 ekill,68 solve/solutime9 ekill,69 solvetime10 ekill,70 solve/solutime11 ekill,125 solve/solutime12 ekill,124solvetime13ekill,123solve/solutime14ekill,71solve/solutime15ekill,72solvetime16ekill,73solve/solutime17ekill,122solve/solutime18ekill,121solve/DSCALE,1,AUTO ESEL,S,LIVEeplot/POST1PLDISP,1ESEL,S,TYPE,,1 PLESOL,U,X PLESOL,U,Y ETABLE,MZ_i,SMISC,6 ETABLE,MZ_j,SMISC,12 ETABLE,FX_i,SMISC,1 ETABLE,FX_j,SMISC,7 ETABLE,FY_i,SMISC,2 ETABLE,FY_j,SMISC,8 PLLS,FX_i,FX_j,1,0 PLLS,FY_i,FY_j,1,0 PLLS,MZ_i,MZ_j,-1。