基于ANSYS 12.0平臺，深入解析土木工程實例

多年ANSYS實際科研與工程經(jīng)驗的總結(jié)

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第三版前言

本書集合了ANSYS程序發(fā)展新成果、新技術(shù)及其在土木工程中新的應(yīng)用，使讀者能盡快系統(tǒng)掌握并用好該程序。本書通過工程實例加以說明，內(nèi)容上由淺入深，并編寫相應(yīng)命令流，對于較復(fù)雜的例題和程序均有注釋。

隨著計算機硬件和商業(yè)數(shù)值模擬計算軟件的發(fā)展和普及，利用數(shù)值模擬技術(shù)成為合理、有效的研究手段，隨著計算機的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用及有限元理論的日益完善，出現(xiàn)了許多通用和專業(yè)的有限元計算軟件，并在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

ANSYS軟件作為一個大型通用有限元分析軟件，能夠進行結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁及聲學(xué)等學(xué)科的研究，廣泛應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)礦產(chǎn)、水利、鐵道、汽車交通、國防軍工、航天航空、船舶、機械制造、核工業(yè)、石油化工、輕工、電子、日用家電和生物醫(yī)學(xué)等一般工業(yè)及科學(xué)研究之中。ANSYS軟件是第一個通過ISO 9001質(zhì)量認證的大型有限元分析設(shè)計軟件，是美國機械工程師協(xié)會（ASME）、美國核安全局（NQA）及近20種專業(yè)技術(shù)協(xié)會認證的標準分析軟件。

本書以ANSYS 12.0軟件為平臺，全書共分為11章，采用先易后難、通俗易懂、土木工程結(jié)構(gòu)實例全面的特點來介紹ANSYS在土木工程中的應(yīng)用。具體內(nèi)容安排如下：

第1章　土木工程有限元數(shù)值模擬簡介。主要介紹有限元法的起源、相關(guān)概念及其求解步驟。

第2章　大型通用有限元軟件ANSYS簡介。主要介紹ANSYS的基礎(chǔ)知識，如安裝與啟動、使用界面介紹、文件管理和ANSYS分析基本過程等。

第3章　土木工程分析中ANSYS相關(guān)高級技術(shù)。主要對與土木工程仿真分析有關(guān)的ANSYS的高級技術(shù)進行了深入闡述，如參數(shù)化設(shè)計語言、子模型與子結(jié)構(gòu)、自適應(yīng)網(wǎng)格的劃分、單元的生死、圖形輸出、動畫制作、瞬態(tài)動力分析和CAD幾何模型的導(dǎo)入等。

第4章　鋼筋混凝土問題ANSYS分析。主要介紹如何利用ANSYS對混凝土SOLID65單元、鋼筋混凝土板受力分析、鋼筋混凝土梁分析、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土分析、混凝土開裂模擬和混凝土澆筑模等進行系統(tǒng)分析與模擬。

第5章　ANSYS橋梁工程應(yīng)用。主要介紹如何利用ANSYS對各種橋梁進行仿真分析。如桁架橋的受力分析、懸索橋的受力分析、移動荷載作用下橋梁的動態(tài)響應(yīng)、連續(xù)剛構(gòu)橋三維仿真分析、橋梁的地震響應(yīng)分析和斜拉橋三維仿真分析等。

第6章　ANSYS隧道及地下工程應(yīng)用。主要介紹隧道及地下工程設(shè)計中的力學(xué)模式選擇、山嶺隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、地鐵明挖隧道、高速公路隧道、雙線鐵路隧道、地鐵盾構(gòu)隧道數(shù)值模擬分析和隧道地震動力響應(yīng)分析，以及隧道及地下工程中常用來模擬巖土材料的Drucker-Prager本構(gòu)模型。

第7章　ANSYS房屋建筑工程應(yīng)用。主要介紹ANSYS在房屋建筑工程中的應(yīng)用，如房屋結(jié)構(gòu)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的ANSYS分析、大跨網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力分析和框架－剪力墻結(jié)構(gòu)三維仿真分析等。

第8章　ANSYS基礎(chǔ)工程應(yīng)用。主要介紹房屋樁端承載力三維力學(xué)分析、房屋剛性基礎(chǔ)三維仿真分析和橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計受力分析的相關(guān)知識。

第9章　ANSYS邊坡工程應(yīng)用。主要介紹邊坡的強度折減法原理、破壞形式、穩(wěn)定性的主要分析方法、ANSYS邊坡穩(wěn)定性計算基本過程及結(jié)合一實例加以分析闡述等相關(guān)知識。

第10章　ANSYS在大壩工程中的應(yīng)用。分別介紹ANSYS在基礎(chǔ)工程和水工工程中的實際應(yīng)用。

第11章　ANSYS在公路和鐵路工程中的應(yīng)用。分別介紹公路的動載分析和橋上無縫線路縱向附加力有限元模型仿真分析。

本書先講述有限元原理、ANSYS軟件和ANSYS高級技術(shù)的介紹；后講述土木工程的實例解析，實例解析部分采取的一般步驟是：概念解析和問題描述、建模、加載和求解、結(jié)果分析。本書主要適用于土木工程專業(yè)本科生，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生和工程設(shè)計與施工人員的參考書。書中主要實例的命令流都可以到中國水利水電出版社網(wǎng)站和萬水書苑免費下載，網(wǎng)址為：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.hzxbc.cn，以供學(xué)習(xí)研究之用。

本書由何本國任主編，陳天宇、王洋等負責(zé)主要編寫工作。全書內(nèi)容與結(jié)構(gòu)由何本國規(guī)劃、統(tǒng)稿，主要參編第7～9章及第6章隧道抗震部分。陳天宇完成編寫第1～3章大部分內(nèi)容和第11章ANSYS在公路中的應(yīng)用。王洋完成編寫第6章第2節(jié)與第11章第1、3節(jié)全部內(nèi)容，李圍、葉裕明、劉春山、沈火明、肖新標、劉善華等編寫了余下的全部內(nèi)容。

本書在編寫過程中，得到了馬寶平、劉進軍、梁橋欣、何省、徐思宇、劉亞航、段景川、劉孝寒、李秀春、林銀、鐘曉林、蒲林超、單琳、潘國棟等同志給予了文字支持與校核，在此深表感謝。同時參與本書編寫工作的人員還有王治國、馮強、曾德惠、許慶華、程亮、周聰、黃志平、胡松、邢永峰、邵軍、邊海龍、劉達因、趙婷、馬鴻娟、侯桐、趙光明、李勝、李輝、侯杰、王紅研、王磊、閆守紅、康涌泉、蔣杼倩、王小東、張森、張正亮、宋利梅、何群芬、程瑤，在此一并表示感謝。

由于水平有限，本書難免有錯誤和不足之處，懇請專家和讀者批評指正，供今后修訂時借鑒。我們的聯(lián)絡(luò)方式：[email protected]。

編 者

2011年8月

目 錄
第三版前言

第1章 土木工程有限元數(shù)值模擬簡介 1
1.1 數(shù)值模擬方法概述 1
1.2 有限元法簡介 2
1.2.1 有限元法的起源和特點 2
1.2.2 有限元的常用術(shù)語 2
1.3 有限元法的求解步驟 4
第2章 大型通用有限元軟件ANSYS簡介 7
2.1 概述 7
2.1.1 ANSYS在計算機輔助工程中的地位 7
2.1.2 ANSYS軟件的主要技術(shù)特點 8
2.1.3 ANSYS軟件的主要功能 8
2.2 安裝與啟動 10
2.2.1 系統(tǒng)要求 10
2.2.2 安裝介紹 10
2.2.3 啟動和退出 11
2.3 使用界面介紹 13
2.4 ANSYS文件管理 15
2.4.1 文件類型 15
2.4.2 文件管理 16
2.5 ANSYS有限元分析基本過程 18
2.6 ANSYS分析基本過程的實例 19
2.6.1 分析問題概述 20
2.6.2 GUI操作方式求解 20
2.6.3 命令流求解 26
2.6.4 GUI操作與命令流的比較 27
第3章 土木工程分析中ANSYS相關(guān)高級技術(shù) 29
3.1 參數(shù)化設(shè)計語言 29
3.1.1 參數(shù)化設(shè)計語言概述 29
3.1.2 參數(shù)化設(shè)計語言的應(yīng)用舉例 33
3.2 子模型與子結(jié)構(gòu) 37
3.2.1 子模型 38
3.2.2 子結(jié)構(gòu) 41
3.3 自適應(yīng)網(wǎng)格的劃分 47
3.3.1 前提條件 47
3.3.2 操作步驟 48
3.3.3 應(yīng)用舉例 48
3.4 單元的生死 50
3.4.1 概述 51
3.4.2 單元生死的使用 52
3.4.3 生死單元的控制 55
3.4.4 排錯檢查 56
3.4.5 單元生死應(yīng)用實例 57
3.5 圖形輸出 59
3.5.1 概述 60
3.5.2 生成中性文件 61
3.5.3 制作硬拷貝圖形文件 62
3.5.4 模態(tài)分析后處理中圖片的抓取 62
3.6 動畫制作 67
3.6.1 概述 68
3.6.2 基本動畫命令 68
3.6.3 單步動畫的生成 69
3.6.4 Windows環(huán)境動畫的制作 75
3.7 瞬態(tài)動力分析 77
3.7.1 瞬態(tài)動力分析概述 77
3.7.2 瞬態(tài)動力分析的要點 78
3.7.3 瞬態(tài)動力分析的實例解析 79
3.8 CAD幾何模型的導(dǎo)入 81
3.8.1 CAD幾何模型的導(dǎo)入概述 81
3.8.2 應(yīng)用舉例 82
第4章 鋼筋混凝土問題ANSYS分析 84
4.1 概述 84
4.1.1 關(guān)于鋼筋混凝土模型 84
4.1.2 本構(gòu)模型及破壞準則 85
4.2 模擬鋼筋混凝土的SOLID65單元 86
4.2.1 SOLID65單元理論基礎(chǔ) 86
4.2.2 SOLID65單元使用方法 91
4.3 鋼筋混凝土板受力分析 94
4.3.1 問題的描述 94
4.3.2 建模 95
4.3.3 網(wǎng)格劃分 98
4.3.4 加載并求解 99
4.3.5 計算結(jié)果及分析 100
4.4 鋼筋混凝土梁分析 103
4.4.1 問題的描述 103
4.4.2 建模 103
4.4.3 加載并求解 108
4.4.4 計算結(jié)果及分析 109
4.5 預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土分析 111
4.5.1 相關(guān)概念 111
4.5.2 問題的描述 112
4.5.3 建模 113
4.5.4 劃分網(wǎng)格 114
4.5.5 加載、求解 116
4.5.6 結(jié)果分析 116
4.6 鋼筋混凝土開裂模擬 118
4.6.1 相關(guān)概念 118
4.6.2 問題的描述 119
4.6.3 建模 120
4.6.4 劃分網(wǎng)格 121
4.6.5 加載和求解 121
4.6.6 計算結(jié)果分析 123
4.7 鋼筋混凝土澆筑模擬分析 124
4.7.1 相關(guān)概念 124
4.7.2 問題的描述 125
4.7.3 建模 125
4.7.4 劃分網(wǎng)格 126
4.7.5 加載和求解 126
4.7.6 結(jié)果分析 133
第5章 ANSYS橋梁工程應(yīng)用 135
5.1 概述 135
5.2 桁架橋的受力分析 136
5.2.1 相關(guān)概念 136
5.2.2 問題的描述 137
5.2.3 建模假設(shè) 138
5.2.4 建模 138
5.2.5 加載和求解 142
5.2.6 結(jié)果分析 144
5.3 懸索橋的受力分析 146
5.3.1 相關(guān)概念 146
5.3.2 問題的描述 147
5.3.3 建模假設(shè) 148
5.3.4 自下而上建模 149
5.3.5 加載和求解 151
5.3.6 結(jié)果分析 154
5.4 移動荷載作用下橋梁的動態(tài)響應(yīng) 155
5.4.1 相關(guān)概念 155
5.4.2 問題描述 157
5.4.3 建模 157
5.4.4 加載與求解 159
5.4.5 結(jié)果分析與比較 160
5.5 連續(xù)剛構(gòu)橋三維仿真分析 162
5.5.1 相關(guān)概念 162
5.5.2 問題的描述 163
5.5.3 建模 164
5.5.4 加載及求解 172
5.5.5 計算結(jié)果及分析 173
5.6 橋梁的地震響應(yīng)分析 175
5.6.1 相關(guān)概念 175
5.6.2 問題的描述 178
5.6.3 建模 180
5.6.4 網(wǎng)格劃分、施加邊界條件 181
5.6.5 地震譜響應(yīng)分析 182
5.6.6 地震波瞬態(tài)分析 185
5.7 斜拉橋三維仿真分析 187
5.7.1 相關(guān)概念 187
5.7.2 問題的描述 188
5.7.3 建模假設(shè) 189
5.7.4 建模及結(jié)果分析 190
第6章 ANSYS隧道及地下工程應(yīng)用 200
6.1 概述 200
6.1.1 Drucker-Prager本構(gòu)模型 200
6.1.2 隧道及地下工程的設(shè)計模型 202
6.1.3 隧道及地下工程的設(shè)計方法 203
6.1.4 隧道及地下工程襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計中的
力學(xué)模型選擇 204
6.1.5 隧道及地下工程施工力學(xué)數(shù)值模擬 204
6.2 山嶺隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 205
6.2.1 問題的描述 205
6.2.2 建模 206
6.2.3 加載與求解 209
6.2.4 后處理 212
6.2.5 計算結(jié)果分析 215
6.3 地鐵明挖隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)分析 216
6.3.1 問題的描述 216
6.3.2 建模 216
6.3.3 加載與求解 219
6.3.4 后處理 221
6.3.5 計算結(jié)果分析 224
6.4 高速公路隧道施工力學(xué)數(shù)值模擬分析 226
6.4.1 分離式高速公路隧道設(shè)計 226
6.4.2 建模 227
6.4.3 加載與初始地應(yīng)力求解 234
6.4.4 左隧道開挖求解 237
6.4.5 右隧道開挖求解 243
6.4.6 計算結(jié)果分析 251
6.5 雙線鐵路隧道施工過程仿真分析 251
6.5.1 問題的描述 251
6.5.2 模型的建立 253
6.5.3 加載與求解 261
6.5.4 計算結(jié)果分析 267
6.6 地鐵盾構(gòu)隧道掘進過程數(shù)值模擬分析 275
6.6.1 問題的描述 275
6.6.2 模型的建立 275
6.6.3 加載與求解 281
6.6.4 計算結(jié)果分析 288
6.7 隧道地震動力響應(yīng)分析 293
6.7.1 問題的描述 294
6.7.2 基本條件及假定 295
6.7.3 地震波的選取 295
6.7.4 計算模型確立 296
6.7.5 加載與求解 300
6.7.6 結(jié)果分析 301
第7章 ANSYS房屋建筑工程應(yīng)用 305
7.1 概述 305
7.2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計ANSYS分析 306
7.2.1 問題的描述 306
7.2.2 混凝土承載力及裂紋彌散分析 306
7.2.3 鋼筋混凝土模型建立 307
7.2.4 加載與求解過程 309
7.2.5 計算實例及結(jié)果分析 309
7.3 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)受力分析 310
7.3.1 問題的描述 310
7.3.2 空間結(jié)構(gòu)模型建立 310
7.3.3 加載與求解過程 311
7.3.4 計算實例及結(jié)果分析 311
7.4 框架－剪力墻結(jié)構(gòu)三維仿真分析 323
7.4.1 問題的描述 323
7.4.2 復(fù)雜模型建立 326
7.4.3 加載與求解 332
7.4.4 計算實例及結(jié)果分析 334
第8章 ANSYS基礎(chǔ)工程應(yīng)用 340
8.1 概述 340
8.1.1 基礎(chǔ)工程基本類型 340
8.1.2 ANSYS在樁－土接觸分析中實現(xiàn) 341
8.2 房屋樁端承載力三維力學(xué)分析 341
8.2.1 樁基承載力理論 341
8.2.2 樁的加載分析 343
8.2.3 計算實例及結(jié)果分析 344
8.3 房屋剛性基礎(chǔ)三維仿真分析 366
8.3.1 房屋基礎(chǔ)類型及相關(guān)概念 367
8.3.2 問題的描述 367
8.3.3 計算過程 367
8.3.4 計算實例及結(jié)果分析 368
8.4 橋梁樁基礎(chǔ)設(shè)計受力分析 375
8.4.1 橋梁樁基礎(chǔ)概述 375
8.4.2 單樁容許承載力確定 375
8.4.3 計算過程 375
8.4.4 樁內(nèi)力及變位分析 376
8.4.5 計算實例及結(jié)果分析 376
第9章 ANSYS邊坡工程應(yīng)用 385
9.1 邊坡問題的相關(guān)概述 385
9.1.1 強度折減法原理 385
9.1.2 邊坡的破壞形式 386
9.1.3 影響邊坡穩(wěn)定的主要因素 386
9.1.4 邊坡穩(wěn)定性的主要分析方法 387
9.2 強度折減法在ANSYS中的實現(xiàn) 387
9.3 ANSYS邊坡穩(wěn)定性計算基本過程 388
9.3.1 模型建立及邊界條件 389
9.3.2 加載與求解 394
9.4 算例分析 396
9.4.1 均質(zhì)邊坡穩(wěn)定性 396
9.4.2 不同含水率狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性 398
第10章 ANSYS在大壩工程中的應(yīng)用 404
10.1 概述 404
10.2 重力壩三維仿真分析 405
10.2.1 相關(guān)概念 405
10.2.2 問題的描述 407
10.2.3 建模 408
10.2.4 加載與求解 416
10.2.5 計算結(jié)果分析 422
第11章 ANSYS在公路和鐵路工程中的應(yīng)用 431
11.1 概述 431
11.2 公路的動載分析 432
11.2.1 問題的描述 432
11.2.2 建模 433
11.2.3 加載與求解 439
11.2.4 后處理 441
11.3 橋上無縫線路縱向附加力有限元模型
仿真分析 444
11.3.1 相關(guān)概念 444
11.3.2 問題的描述 445
11.3.3 建模 445
11.3.4 加載與求解 450
參考文獻 454

1. 土木工程材料檢測實訓(xùn) [洪曉江 達則曉麗 錢波]
2. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應(yīng)用與技術(shù)評論 [欒春遠 編著]
3. 基于ANSYS的復(fù)合材料有限元分析和應(yīng)用（第二版） [李占營 張承承 李成良 編著]
4. 土木工程CAD教程 [主編 董強 劉勇]
5. 土建工程制圖習(xí)題指導(dǎo) [主編　劉勇　董強]
6. 土建工程制圖 [主編 董強 劉勇]
7. ANSYS AQWA軟件入門與提高 [主編 高巍]
8. ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
9. 基于ANSYS的復(fù)合材料有限元分析和應(yīng)用 [李占營 闞川 張承承 編著]
10. 全新Marc實例教程及常見問題解析 [孫丹丹 陳火紅 編著]
11. 基于HyperMesh的結(jié)構(gòu)有限元建模技術(shù) [付亞蘭 謝素明 編著]
12. MSC產(chǎn)品實用技術(shù)技巧 [MSC軟件公司 編著]
13. ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實例 [張濤 等編著]
14. ANSYS Workbench基礎(chǔ)教程與實例詳解（第二版） [浦廣益]
15. ANSYS非線性有限元分析方法及范例應(yīng)用 [張洪偉 高相勝 張慶余 編著]
16. ANSYS信號完整性分析與仿真實例 [房麗麗 編著]
17. 全新Marc實例教程與常見問題解析 [馮超 孫丹丹 陳火紅]
18. 壓力容器全模型ANSYS分析與強度計算新規(guī)范 [欒春遠 編著]
19. MSC Nastran動力分析指南 [田利思 李相輝 馬越峰 趙明宇]
20. ANSYS 13.0 Workbench數(shù)值模擬技術(shù) [許京荊]
21. ANSYS二次開發(fā)及應(yīng)用實例詳解 [師訪]
22. ANSYS流固耦合分析與工程實例 [宋學(xué)官 蔡林 張華 編著]
23. ANSYS ICEM CFD網(wǎng)格劃分技術(shù)實例詳解 [紀兵兵 陳金瓶]
24. ANSYS 10.0工程電磁分析技術(shù)與實例詳解 [閻照文]