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, Mechanical analysis on segment lining of shield tunnel in Metro !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,Preferences for GUI filtering have been set to display: /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。
第1章 大型有限元软件ANSYS简介 2
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
第1章 大型有限元软件ANSYS简介 3
（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Main Menu 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。