地铁盾构隧道管片结构设计力学分析共12页word资料.docx
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地铁盾构隧道管片结构设计力学分析共12页word资料
9.1管片衬砌结构力学分析过程
9.1.1前处理
确定分析标题。
/TITLE,MechanicalanalysisonsegmentliningofshieldtunnelinMetro!
分析标题
/NOPR!
菜单过滤设置
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1
KEYW,PR_STRUC,1!
保留结构分析部分菜单
/COM,
/COM,PreferencesforGUIfilteringhavebeensettodisplay:
/COM,Structural
1.材料、实常数和单元类型定义
/PREP7!
进入前处理器
ET,1,BEAM3!
设置梁单元类型,模拟管片衬砌
ET,2,COMBIN14!
设置弹簧单元类型,模拟衬砌与地层相互作用
R,1,0.3,0.00225,0.3,,,,!
设置梁单元几何常数,单位为m
R,2,30e6,,,!
设置弹簧单元几何常数,单位为Pa
MPTEMP,,,,,,,,!
设置材料模型
MPTEMP,1,0
MPDATA,EX,1,,34.5e9!
输入弹性模量,单位为Pa
MPDATA,PRXY,1,,0.2!
输入泊松比
MPTEMP,,,,,,,,!
设置材料模型
MPTEMP,1,0
MPDATA,DENS,1,,2500!
输入密度,单位为kg
SAVE!
保存数据库
2.建立几何模型
(1)创建关键点。
K,100,0,0,0,!
通过编号和坐标创建关键点,圆心位置
K,1,0.5925,2.7877,0,
K,2,-0.5925,2.7877,0,
K,3,2.7105,0.8807,0,
K,4,-2.7105,0.8807,0,
K,5,1.6752,-2.3057,0,
K,6,-1.6752,-2.3057,0,!
以上6个关键点为管片环向接头位置
SAVE!
保存数据
(2)创建盾构隧道轮廓线。
Larc,1,2,100,2.85!
通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧
Larc,2,4,100,2.85
Larc,4,6,100,2.85
Larc,6,5,100,2.85
Larc,5,3,100,2.85
Larc,3,1,100,2.85!
以上为盾构隧道轮廓线的绘制
SAVE!
保存数据
3.4.创建弹簧节点所在的轮廓线
(1)创建关键点。
K,11,0.7277,3.4235,0,!
通过编号和坐标创建关键点
K,12,-0.7277,3.4235,0,
K,13,3.3287,1.0816,0,
K,14,-3.3287,1.0816,0,
K,15,2.0572,-2.8316,0,
K,16,-2.0572,-2.8316,0,!
以上6点对应管片接头,只是半径更大了
SAVE!
保存数据
(2)创建左右隧道弹簧节点轮廓线。
Larc,11,12,100,3.5!
通过两个端点和圆弧内侧任意一点以及半径画圆弧
Larc,12,14,100,3.5
Larc,14,16,100,3.5
Larc,16,15,100,3.5
Larc,15,13,100,3.5
Larc,13,11,100,3.5!
以上为盾构隧道弹簧外节点轮廓绘制,如图9-6所示
SAVE!
保存数据
4.单元网格划分
(1)设置单元大小,每6度为一单元,共60个单元,如图9-7所示。
lsel,s,,,1,7,6!
选择线1和7
LESIZE,all,,,4,,,,,1!
设置单元大小,所有选择的线被划分成4个单元
Allsel!
选择所有元素
lsel,s,,,2,8,6!
选择线2和8
lsel,a,,,6,12,6!
再选择线6和12
LESIZE,all,,,10,,,,,1!
设置单元大小,所有选择的线被划分成10个单元
Allsel
lsel,s,,,3,5,1!
选择线3到5
lsel,a,,,9,11,1!
再选择线9和11
LESIZE,all,,,12,,,,,1!
设置单元大小,所有选择的线被划分成12个单元
Allsel!
选择所有元素
/PNUM,LINE,1!
显示线
/PNUM,ELEM,0!
显示编号
/REPLOT!
重新显示
Lplot!
显示线
SAVE!
保存数据
(2)划分单元,其单元图如图9-8所示。
TYPE,1!
设置将要创建单元的类型,二次衬砌
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
lmesh,all!
对所有的线进行单元划分
SAVE!
保存数据
(3)创建弹簧单元,加了弹簧单元的单元网格如图9-9所示。
TYPE,2!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,2!
设置将要创建单元的几何常数
E,1,61!
通过单元的两个节点创建弹簧单元
……!
依次继续直到所有的弹簧单元创建完成,其节点的编号如图9-10所示。
TYPE,1!
设置将要创建单元的类型
MAT,1!
设置将要创建单元的材料
REAL,1!
设置将要创建单元的几何常数
LCLEAR,7,12,1!
清除线16到23上的所有单元
ALLSEL,ALL!
选择所有元素
NUMMRG,ALL,,,,LOW!
合并所有元素
NUMCMP,ALL!
压缩所有元素的编号
/PNUM,KP,0!
以下为显示单元颜色
/PNUM,ELEM,1
/REPLOT!
重新显示
Eplot!
显示单元
Finish!
返回MainMenu主菜单
SAVE!
保存数据
9.1.2加载与求解
1.加载
(1)对四周各节点施加“Ux”和“Uy”两个方向的约束。
/SOL!
进入求解器
LST,2,60,1,ORDE,2!
选择要施加约束的节点,共60个
FITEM,2,61
FITEM,2,-120
/GO
D,P51X,,0,,,,UX,UY,,,,!
在“Ux”和“Uy”两个方向的施加约束
(2)施加重力加速度。
ACEL,0,10,0,!
在Y方向施加重力加速度
Save!
保存数据
(4)节点力的计算。
具体的计算公式如第3.3.3小节中介绍的等效节点荷载计算式,本实例采用EXCEL电子表格进行计算。
FLST,5,8,4,ORDE,5!
原则节点所在的6条线,线7到12
Allsel!
选择所有元素
lsel,s,,,7,12,1!
选择线7到12
NSLL,R,1!
选择线上的节点
/PNUM,NODE,1!
显示节点编号设置
/REPLOT
NPLOT!
显示节点
NLIST,ALL,,,,NODE,NODE,NODE!
列出节点坐标
SAVE!
保存数据
(4)在节点上施加节点力,加上荷载和位移边界条件后的几何模型如见图9-11所示。
f,1,fx,-3502.5!
在节点上施加X方向节点力
f,3,fx,-1170
f,4,fx,0
f,5,fx,3502.5
f,2,fx,5790!
以上为在拱顶管片(封顶块)上施加X方向节点力
f,7,fx,8017.5
f,8,fx,10155
f,9,fx,12187.5
f,10,fx,14077.5
f,11,fx,15825
f,12,fx,17385
f,13,fx,18765
f,14,fx,19935
f,15,fx,20887.5
f,6,fx,21611.25!
以上为在左邻接块上施加X方向节点力
f,17,fx,22098
f,18,fx,22342.97396
f,19,fx,22342.77605
f,20,fx,22098
f,21,fx,21611.25
f,22,fx,20888.25
f,23,fx,19935
f,24,fx,18765
f,25,fx,17385
f,26,fx,15825
f,27,fx,14077.5
f,16,fx,12187.5!
以上为在左标准块上施加X方向节点力
f,29,fx,10155
f,30,fx,8017.5
f,31,fx,5790
f,32,fx,0
f,33,fy,1170
f,34,fx,0
f,35,fx,-3502.5
f,36,fx,-5790
f,37,fx,-8017.5
f,38,fx,-10155
f,39,fx,-12187.5
f,28,fx,-14077.5!
以上为底部标准块上施加X方向节点力
f,41,fx,-15825
f,42,fx,-17385
f,43,fx,-18765
f,44,fx,-19935
f,45,fx,-20888.25
f,46,fx,-21611.25
f,47,fx,-22098
f,48,fx,-22342.77611
f,49,fx,-22342.9739
f,50,fx,-22098
f,51,fx,-21611.25
f,40,fx,-20887.5!
以上为在右标准块上施加X方向节点力
f,52,fx,-19935
f,53,fx,-18765
f,54,fx,-17385
f,55,fx,-15825
f,56,fx,-14077.5
f,57,fx,-12187.5
f,58,fx,-10155
f,59,fx,-8017.5
f,60,fx,-5790!
以上为在右邻接块上施加X方向节点力
f,1,fy,-35354.4!
在节点上施加Y方向节点力
f,3,fy,-35745.6
f,4,fy,-35745.6
f,5,fy,-35354.4
f,2,fy,-34578!
以上为在拱顶管片(封顶块)上施加Y方向节点力
f,7,fy,-33426
f,8,fy,-31896
f,9,fy,-30024
f,10,fy,-27816
f,11,fy,-25308
f,12,fy,-22536
f,13,fy,-19500
f,14,fy,-16248
f,15,fy,-12828
f,6,fy,-9264!
以上为在左邻接块上施加Y方向节点力
f,17,fy,-5604
f,18,fy,-1872
f,19,fy,0
f,20,fy,5604
f,21,fy,9264
f,22,fy,12828
f,23,fy,16248
f,24,fy,19500
f,25,fy,22524
f,26,fy,25320
f,27,fy,27816
f,16,fy,30024!
以上为在左标准块上施加Y方向节点力
f,29,fy,31896
f,30,fy,33418.8
f,31,fy,34579.2
f,32,fy,35179.2
f,33,fy,35749.2
f,34,fy,35749.2
f,35,fy,35356.8
f,36,fy,34579.2
f,37,fy,33418.8
f,38,fy,31896
f,39,fy,30024
f,28,fy,27816!
以上为底部标准块上施加Y方向节点力
f,41,fy,25320
f,42,fy,22524
f,43,fy,19500
f,44,fy,16248
f,45,fy,12828
f,46,fy,9264
f,47,fy,5604
f,48,fy,1872
f,49,fy,0
f,50,fy,-5604
f,51,fy,-9264
f,40,fy,-12828!
以上为在右标准块上施加Y方向节点力
f,52,fy,-16248
f,53,fy,-19500
f,54,fy,-22536
f,55,fy,-25308
f,56,fy,-27816
f,57,fy,-30024
f,58,fy,-31896
f,59,fy,-33426
f,60,fy,-34578!
以上为在右邻接块上施加Y方向节点力
2.求解
(1)求解前设置。
NROPT,FULL,,!
采用全牛顿-拉普森法进行求解
Allsel!
选择所有内容
Outres,all,all!
输出所有内容
D,4,,0,,34,30,UX,,,,,!
在节点4,34上施加水平位移约束
D,19,,0,,49,30,UY,,,,,!
在节点49,19上施加竖向位移约束
(2)求解。
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE!
保存数据
9.1.3后处理
1.初次查看内力和变形结果
(1)绘制变形图,如图9-12所示。
路径为:
GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape>Def+Undeformed。
/POST1!
进入后处理器
PLDISP,1!
绘制变形和未变形图
(2)内力表格制作。
路径:
GeneralPostproc>ElementTable>DefineTable。
ETABLE,,SMISC,6!
6、12表示弯矩
ETABLE,,SMISC,12
ETABLE,,SMISC,1!
1、7表示轴力
ETABLE,,SMISC,7
ETABLE,,SMISC,2!
2、8表示剪力
ETABLE,,SMISC,8
(3)查看内力,包括弯矩、轴力和剪力,如图9-13~图9-15所示。
路径:
GeneralPostproc>PlotResults>ContourPlot>LineElemRes。
ESEL,U,TYPE,,1!
仅显示单元类型1
PLLS,SMIS6,SMIS12,-1.5,0!
绘制弯矩图
PLLS,SMIS1,SMIS7,1,0!
绘制轴力图
PLLS,SMIS2,SMIS8,2,0!
绘制剪力图
Save!
保存数据
2.去除受拉弹簧再计算
由图9-12可以看出,大部分弹簧单元都是受拉,因此要去除受拉弹簧单元,并进行重新计算。
采用单元的“生死”来模拟,即将受拉弹簧的属性赋予“死”。
路径:
Solution>LoadStepOptions>Other>BirthandDeath>KillElements。
Finish!
结束后处理器操作
/sol!
进入求解器
FLST,2,13,2!
选择单元共13个弹簧(底部的)
FITEM,2,147
FITEM,2,148
FITEM,2,149
FITEM,2,150
FITEM,2,152
FITEM,2,151
FITEM,2,153
FITEM,2,154
FITEM,2,155
FITEM,2,156
FITEM,2,157
FITEM,2,158
FITEM,2,159
EKILL,P51X!
杀死所选择的单元
FLST,2,13,2!
选择单元共13个弹簧(顶部的)
FITEM,2,129
FITEM,2,128
FITEM,2,127
FITEM,2,126
FITEM,2,125
FITEM,2,124
FITEM,2,123
FITEM,2,122
FITEM,2,121
FITEM,2,180
FITEM,2,179
FITEM,2,178
FITEM,2,177
EKILL,P51X!
杀死所选择的单元
SAVE!
保存数据
(2)显示计算模型。
删除受拉弹簧单元后得到的模型图如图9-16所示。
FLST,5,26,1,ORDE,9!
选择不显示的节点,共26个
FITEM,5,61
FITEM,5,-65
FITEM,5,67
FITEM,5,-70
FITEM,5,76
FITEM,5,88
FITEM,5,-99
FITEM,5,117
FITEM,5,-120
NSEL,U,,,P51X!
不选择以上节点
ESEL,S,LIVE!
选择具有“活属性”的单元
EPLOT!
绘制单元图
SAVE!
保存数据
(3)重新求解。
Allsel!
选择所有内容
Solve!
求解计算
Finish!
求解结束返回MainMenu主菜单
SAVE!
保存数据
3.查看最后计算结果
其过程跟初次查看内力和变形一步相同,其内力和变形图如图9-17~图9-20所示。
但是,其中用到的不同命令流如下:
/POST1
ETABLE,REFL!
更新单元表数据,需要在绘制内力和变形图之前先执行该命令
/exit,all!
退出程序并保存所有数据
希望以上资料对你有所帮助,附励志名言3条:
1、生命对某些人来说是美丽的,这些人的一生都为某个目标而奋斗。
2、推销产品要针对顾客的心,不要针对顾客的头。
3、不同的信念,决定不同的命运。
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