基于单元生死的开挖过程求解-ANSYS15.0有限元分析

首先，要确定模型中各部分的生死过程。在施工前，要明确所有的混凝土壁是不存在的，而所有的岩体都是存在的，所有要先“杀死”所有壳单元部分，并将杀死单元的节点全部约束。然后求解，得到开挖前的初始状态。

选择单元：Utility Menu＞Select＞Entities

单元生/死命令路径：Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Other＞Birth&Death＞Kill Elements。

约束节点：Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Structural＞Displacement＞On Nodes。

求解：Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS。

命令流如下：

初步计算结果下的变形如图18-13所示，应力分布如图18-14所示。

图18-13 竖向位移云图

图18-14 竖向应力云图

接下来进行正式的开挖过程。开挖过程的每一步都要杀死一部分洞内岩石单元，路径为Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Other＞Birth&Death＞Kill Elements。

随后，激活相应部分的壳单元，路径为Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Other＞Birth&Death＞Activate Elem。然后通过Utility Menu＞Select＞Entities，选择当前活着的所有单元，反选得到杀死了的单元。这时需要在求解前将死单元上的所有节点再次全部约束起来。

之后就可以开始求解了。每一步开挖都遵循此过程，总共分5段开挖，每段挖10m。

第一步开挖：

得到第一步开挖的隧道计算结果，第一步开挖UY云图如图18-15所示，第一步开挖SY云图如图18-16所示。

接下来进行第二步的开挖，命令流如下：

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得到第二步开挖后的隧道计算结果，第二步开挖UY云图如图18-17所示，第二步开挖MISES应力如图18-18所示。

图18-15 第一步开挖UY云图

图18-16 第一步开挖SY云图

图18-17 第二步开挖UY云图

图18-18 第二步开挖MISES应力

第三～五步开挖过程相似。第五步开挖结果：

第五步开挖UY云图如图18-19所示，第五步开挖MISES应力如图18-20所示。

图18-19 第五步开挖UY云图

图18-20 第五步开挖MISES应力

用户也可通过APDL的循环语句功能，完成开挖过程，命令流如下：