有限元 邊坡分析

學(xué)院：建工學(xué)院班級(jí)：土木1001班姓名：XXX學(xué)號(hào)：10040000本組組員：xxxxxxxxxXXXXANSYS期末作業(yè)（1）理解，和掌握有限元方法的概念。（2）學(xué)會(huì)運(yùn)用有限元軟件解決一些實(shí)際問(wèn)題。（3）了解邊坡工程的問(wèn)題特點(diǎn)。（4）掌握邊坡工程問(wèn)題分析的方法，分析過(guò)程。（5）培養(yǎng)我們根據(jù)實(shí)際問(wèn)題特點(diǎn)建立相應(yīng)有限元模型的能力。學(xué)習(xí)目的ANSYS框架結(jié)構(gòu)的分析步驟創(chuàng)建物理環(huán)境建立模型和劃分網(wǎng)格施加約束和荷載求解后處理補(bǔ)充說(shuō)明問(wèn)題描述圖1邊坡模型圖1.過(guò)濾圖形界面：MainMenu>Preferences,選中“Structural”,單擊OK。2.定義標(biāo)題：UtilityMenu>File>ChangeTitle,輸入“bpp”,單擊OK。3.定義單元類型：ET,1,PLANE82KEYOPT,1,3,2MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete,選中“Type2PLANE82”,在“ElementBehaviorK3”選取“Planestrain”單擊OK。4.定義材料屬性：(1)圍巖1屬性：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModalsEX=3.0E10PRXY=0.25DENS=2500Cohesion=9.0E5FricAngle=42（2）圍巖2屬性：MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModals1.創(chuàng)建物理環(huán)境

EX=3.2E10PRXY=0.24DENS=2700（3）復(fù)制圍巖1材料屬性：依次復(fù)制3,4,5,6,7,8,9,10,11,12，分別對(duì)它們進(jìn)行修改。具體數(shù)值如下表：FCohesionFricAngle19.00E+0542.001.27.50E+0535.001.46.43E+0530.001.65.63E+0526.251.85.00E+0523.3324.50E+0521.002.24.09E+0519.092.43.75E+0517.502.63.46E+0516.152.83.21E+0515.0033.00E+0514.001.邊坡線模型（1）輸入關(guān)鍵點(diǎn)：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>InActiveCS

k,1,0,0,0k,2,-800,0,0k,3,-800,-800,0k,4,-800,-1200,0k,5,1200,-1200,0k,6,1200,-800,0k,7,1200,0,0k,8,1200,380,0k,9,450,380,0

2.建立模型和劃分網(wǎng)格

（2）創(chuàng)建坡線模型：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines>Straightline依次點(diǎn)取“1,2”“2,3”“3,4”“4,5”“5,6”“6,7”“7,1”“7,8”“8,9”“9,1”“6,3”。圖2邊坡線模型2.邊坡面模型（1）MainMenu>PlotCtrls>Numbering,選中“AreaNumbers”—on（2）創(chuàng)建坡面模型：MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>byline

圖3邊坡線模型3.劃分邊坡圍巖2單元網(wǎng)格（1）給邊坡圍巖2賦予材料屬性：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool(材料2)（2）設(shè)置網(wǎng)格劃分份數(shù)：

MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>SizeControlL3,L5---5L4,L11---26（3）劃分單元網(wǎng)格：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Mesh4.劃分邊坡圍巖1單元網(wǎng)格（1）設(shè)置網(wǎng)格份數(shù)：MainMenu>Preprocessor>Meshing>SizeCntrols>ManualSize>Layers>PickedLinesL1,L2,L6---10L8,L10---16L7,L9---12（1）給邊坡圍巖1賦予材料屬性：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool(材料1)（3）劃分單元網(wǎng)格：MainMenu>Preprocessor>Meshing>MeshTool>Mesh

圖4劃分單元網(wǎng)格后邊坡模型1.給邊坡模型施加約束（1）給邊坡模型兩邊施加約束：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,彈出ApplyU,ROTonNode拾取框，拾取邊坡模型兩邊所有節(jié)點(diǎn)，單擊“OK”（2）給邊坡模型底部施加約束：

MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Displacement>OnNodes,彈出ApplyU,ROTonNode拾取框，拾取邊坡模型底部所有節(jié)點(diǎn)，單擊“OK”2.施加重力加速度MainMenu>Solution>DefineLoads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global施加約束和重力加速度后的有限元邊坡模型如下圖：3.施加約束和荷載圖5施加約束和荷載后邊坡模型1.求解設(shè)置（1）指定求解類型：

MainMenu>Solution>AnalsisType>NewAnalsis(Static)（2)設(shè)置載荷步：

MainMenu>Solution>AnalsisType>NewAnalsis(Basic)（3）設(shè)置線性搜索：

MainMenu>Solution>AnalsisType>Sol’nControl（4)設(shè)置牛頓—拉譜森:MainMenu>Solution>AnalsisType>AnalsisOptions（5）大位移求解：

MainMenu>Solution>AnalsisType>Sol’nControl>Bas（6）設(shè)置收斂條件：

MainMenu>Solution>LoadStepOpts>Nonlinear>ConvergenceCrit進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。2.邊坡在強(qiáng)度折減系數(shù)F=1時(shí)求解（1）求解：

MainMenu>Solution>Solve>CurrentLS>單擊“OK”（2）結(jié)果保存：UtilityMenu>File>Saveas>F1.db同理求F=1.2，F(xiàn)=1.4，F(xiàn)=1.6，F(xiàn)=1.8，F(xiàn)=2，F(xiàn)=2.2，F(xiàn)=2.4，F(xiàn)=2.6，F(xiàn)=2.8，F(xiàn)=3。結(jié)果如下圖：4.模型求解圖6F=1收斂迭代過(guò)程圖圖7F=1.2收斂迭代過(guò)程圖圖8F=1.4收斂迭代過(guò)程圖圖9F=1.6收斂迭代過(guò)程圖圖10F=1.8收斂迭代過(guò)程圖圖11F=2.0收斂迭代過(guò)程圖圖12F=2.2收斂迭代過(guò)程圖圖13F=2.4收斂迭代過(guò)程圖圖14F=2.6不收斂迭代過(guò)程圖圖15F=2.8不

收斂迭代過(guò)程圖圖16F=3.0不

收斂迭代過(guò)程圖小結(jié)：從以上圖形可以看出當(dāng)F=2.6時(shí)，求解不收斂，F(xiàn)=2.8，F(xiàn)=3.0也是求解不收斂。

邊坡穩(wěn)定性有限元分析一般采用強(qiáng)度折減方法來(lái)求得邊坡安全系數(shù)。

求解不收斂是判斷邊坡不穩(wěn)定的一個(gè)準(zhǔn)則。我們主要通過(guò)觀察后處理中邊坡塑性應(yīng)變，塑性區(qū)，位移和收斂來(lái)判斷邊坡穩(wěn)定性與否。1.強(qiáng)度折減系數(shù)F=1時(shí)結(jié)果分析（1）讀入F=1結(jié)果數(shù)據(jù)：UtilityMenu>File>resumefrom…(F1.db)（2）繪制邊坡變形圖:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>DeformedShape(Def+undeformed)（3）繪制邊坡X方向位移云圖:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contour>NodalSolu(X-Compomentofdisplacement)（4）繪制邊坡塑性應(yīng)變?cè)茍D:

MainMenu>GeneralPostproc>PlotResults>Contour>NodalSolu(VonMisesPlastic)同理求F=1.2，F(xiàn)=1.4，F(xiàn)=1.6，F(xiàn)=1.8，F(xiàn)=2，F(xiàn)=2.2，F(xiàn)=2.4，F(xiàn)=2.6，F(xiàn)=2.8，F(xiàn)=3。結(jié)果如下圖：5.后處理圖17F=1.0邊坡變形圖圖18F=1.0邊坡X方向位移云圖圖19F=1.0邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D圖20F=1.2邊坡變形圖圖21F=1.2邊坡X方向位移云圖圖22F=1.2邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D圖23F=1.4邊坡變形圖圖24F=1.4邊坡X方向位移云圖圖25F=1.4邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D圖26F=1.6邊坡變形圖圖27F=1.6邊坡X方向位移云圖圖28F=1.6邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D圖29F=1.8邊坡變形圖圖30F=1.8邊坡X方向位移云圖圖31F=1.8邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D圖32F=2.0邊坡變形圖圖33F=2.0邊坡X方向位移云圖圖34F=2.0邊坡模型塑性應(yīng)變?cè)茍D