水工结构分析ANSYS教程应用部分.doc

有限元培训教材 ANSYS软件及其在水工中的应用 下篇 ANSYS在水工结构中的应用 104 第4章 水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟 105 4.1 数值模拟对象 105 4.2 有限元建模 106 4.2.1 单元定义和材料定义 106 4.2.2 实体建模 111 4.2.3 网格划分 121 4.2.4 边界条件和初始条件 128 4.3 水工隧洞施工过程模拟 130 4.3.1 初始状态模拟 130 4.3.2 毛洞开挖工况模拟 131 4.3.3 毛洞支护工况模拟 134 4.3.4 计算结果查看及处理 136 4.4 水工隧洞运行期模拟 143 4.4.1 运行期内水压力的模拟 144 4.4.2 运行期外水压力的模拟 150 第5章 重力坝的施工及运行的ANSYS模拟 154 5.1 数值模拟对象 154 5.2 三维有限元模型 154 5.2.1 CAD模型的导入 154 5.2.2 单元和材料的定义 159 5.2.3 三维实体模型 165 5.2.4 网格划分 167 5.2.5 边界条件和初始条件 172 5.3 施工期及运行期弹性模拟 175 5.3.1 初始状态模拟 175 5.3.2 完建工况模拟 176 5.3.3 运行工况模拟 178 5.3.4 计算结果的查看 185 5.4 重力坝的弹塑性模拟分析 189 5.4.1 弹塑性参数的设置 190 5.4.2 弹塑性求解的设置 193 5.4.3 初始状态模拟 195 5.4.4 完建工况模拟 196 5.4.5 运行工况模拟 198 5.4.6 重力坝的超载分析 203 5.4.7 计算结果的查看 204 第6章 水工高边坡开挖与支护的ANSYS模拟 211 6.1 数值模拟对象 211 6.2 水工边坡二维有限元模型 211 6.2.1 CAD模型的导入 211 6.2.2 单元和材料的定义 212 6.2.3 网格划分 217 6.2.4 边界条件和初始条件 221 6.3 水工边坡施工过程模拟 223 6.3.1 弹塑性求解的设置 223 6.3.2 天然边坡的模拟 224 6.3.3 开挖无支护过程模拟 226 6.3.4 开挖有支护过程模拟 231 6.4 接触分析在边坡稳定性中的应用 242 6.4.1 定义单元与材料 242 6.4.2 创建接触模型 243 6.4.3 划分单元 244 6.4.4 接触分析 251 6.4.5 计算结果查询 252 第7章 水工流体力学问题的ANSYS模拟 255 7.1 水工渗流场模拟 255 7.1.1 数值模拟对象 255 7.1.2 有限元模型 255 7.1.3 稳定渗流计算 261 7.2 理想流体的流动 265 7.2.1 数值模拟对象 265 7.2.2 有限元模型 266 7.2.3 理想流计算 271 第8章 水工结构中的结构单元模拟 279 8.1 二维梁单元BEAM3 279 8.1.1 单元简介 279 8.1.2 实例分析 280 8.2 三维梁单元BEAM188 290 8.2.1 单元简介 290 8.2.2 实例分析 291 8.3 三维壳单元SHELL63 304 8.3.1 单元简介 304 8.3.2 实例分析 305 参考文献 315 下篇 ANSYS在水工结构中的应用水工隧洞施工及运行的ANSYS模拟 由于ANSYS在水利工程中应用面广，可以广泛用于水利工程的各个专业领域中，包括水工隧洞、地下厂房、高边坡、重力坝、拱坝、截流堰等水工结构；水轮机组的动力分析；水文预测以及高速水力学等。基于对ANSYS基本操作的进一步熟悉，并建立对水工结构ANSYS分析的概念，本章以一个典型水工隧洞的开挖过程为例，简单介绍ANSYS在水利工程中的应用，并以此作为初学者的入门实例。 数值模拟对象 对于实际工程而言，对所要数值模拟对象的熟悉程度是进行有效的ANSYS建模和正确进行有限元分析的基础，熟悉的内容主要包括：研究对象地形地质条件（不同的地质分层、断层、节理、裂隙等） 图4-1 水工隧道的简单实例 42（图4-5）。 图4-5 平面单元的选取 图4-6 已定义的平面单元Plane42 平面应变的定义。一般来说，Plane42默认为平面应力单元，因此需要对其进行修改。点击图4-6中选项按钮Options…，弹出对话框（图4-7），在A框K3的下拉菜单中选择Plane stain项，在B框K5项选择Integration pts，点击Ok确定，退出到图4-6状态。 图4-7 平面应变的定义 点击Close，完成单元定义。 2．材料定义 从4.1中分析可知，整个分析中涉及到2种材料，即围岩体和衬砌混凝土（均假定为各向同性材料）。因此需在ANSYS中定义2种材料，定