ansys水坝坝体受力分析
图3-1 水坝截面
操作步骤
1. 清除内存，准备分析
1) 清除内存，开始一个新的分析，选择菜单路径Utility Menu>File>Clear & Start New 弹出Clears database and Start New对话框，采用默认状态，单击ok按钮弹出Verify确认对话框，单击Yes按钮。
2) 指定工作文件名。选取菜单路径Utility Menu>File>Change Jobname 弹出『Change Jobname』对话框，在enter New Jobname项中输入“PlaneStrain”，然后单击ok按钮。
3) 定义标题，选择菜单路径Utility Menu>File>Change Title，输入文字“The Plane Strain Pressure Gradient Example：Dam Section”，单击OK按钮。
2. 创建有限元模型
1) 进入前处理器，并定义单元类型1，选取菜单路径Main
Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit
/Delete弹出『Element Types』对话框，单击Add弹出如图3-2所示『Library of Element Types』对话框，设置下列选项：
图3-2 『Library of Element Types』对话框
左边列表框中选择Solid。
右边列表框中选择Quad4node42。
Element type reference number：单元编号，输入1。
单击ok按钮，返回Element对话框，单击Option按钮，弹出如图3-3所示『PLANE42 element type option』设置对话框，将K3设置成Plane Strain，单击OK按钮返回Element Type对话框，单击Close按钮可关闭该对话框。
图3-3 『PLANE42 element type option』设置对话框
2) 定义材料属性1。选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models，打开如图3-4所示『Define Material2 Model Behavior』材料属性对话框。在『Material Model Available』窗口中双击下面的路径：Structural>Linear>Elastic>Isotropic，打开图3-5所示的『Linear Isotropic Properties for Material Number1』对话框。设置下列选项：
EX：弹性模量，输入2.14e10。
PRXY：泊松比，输入0.25。
图3-4 『Define Material Model Behavior』对话框
图3-5所示的『Linear Isotropic Properties for Material Number1』对话框
3) 单击OK按钮返回『Define Material Model Behavior』对话框，接着在右侧『Material Model Available』窗口中双击下面的路径：Structural>Density，弹出如图3-6所示的『Density for Material Number1』对话框，设置下列选项：
DENS：密度，输入2500。
单击ok返回，关闭『Define Material Model Behavior』材料属性对话框。
图3-6所示的『Density for Material Number1』对话框
4) 创建六个关键点。选择菜单路径
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，弹出如图3-7所示『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框，设置下列选项：
Keypoint number：关键点编号，输入1。
X,Y,Z Location in active CS：（-20，0，0）
图3-7『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框
单击Apply按钮，再次弹出『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框，同理依次定义关键点2～6，对应的坐标值如下：
Keypoints 2 3 4 5 6
X,Y,Z （0,30,0） (0,100,0) (15,100,0) (15,85,0) (80,0,0)
5) 创建大坝截面。选择菜单路径
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>
Through KPs弹出拾取关键点对话框，依次拾取关键点1、2、3、4、5、6单击ok按钮，生成结果如图3-8所示。
图3-8 生成结果
6) 给面单元分配单元属性。选择菜单路径Main
Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool弹出如图3-9所示『MeshTool』对话框，在Element Attributes下拉框中选择Areas选项，单击其后的set按钮，弹出拾取面对话框，单击按钮Pick all弹出如图3-10所示『Area Atibutes』属性分配对话框，设置下列选型： MAT Material numbers：材料类型，设置为1
TYPE Element Type number：单元类型，设置为1 PLANE42。
其他选项默认。
7) 控制单元尺寸。单击Meshtool对话框中Size Control>Areas后的set按钮，弹出拾取面对话框，单击Pick All接着弹出如图3-11所示『Element Size at Picked Areas』对话框，在Size值域输入3，单击Ok按钮。
8) 选择单元形状和网格划分器。首先在meshtool对话框的mesh下拉框中选择areas选项：然后，在MeshTool对话框的Shap项中选择Quad按钮，接着选中Free按钮。
9) 执行网格划分。单击MeshTool对话框中按钮Mesh弹出拾取面对话框名单击Pick All
按钮执行网格划分，生成结果如图3-12所示。
10) 存储有限元模型，单击ANSYS Toolbar窗口中的快捷建SAVE_DB。
11) 退出前处理器。选择菜单路径Main Menu>Finish。
图3-10『Area Atibutes』属性分配对话框
图3-9所示『MeshTool』对话框 图3-11所示『Element Size at Picked Areas对话框』
图3-12 生成结果
3. 施加载荷并求解
1) 进入求解器，选择静力分析。选择菜单路径Main Menu>Solution>Analysis
Type>New Analysis弹出对话框选中Static，然后单击ok按钮，
2) 打开关键点与线的编号和颜色开关。选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls>Numbering弹出『Plot Numbering Controls』对话框，设置下列选项：
Keypoint number：关键点编号设置为ON。
Line number：线编号设置为ON。
Numbering shown with：是否显示颜色和编号，设置为Colors & numbers 即表示显示颜色和编号。
其他选项默认，单击ok按钮。
3) 画线。选择菜单路径Utility Menu>Plot>Lines，
4) 在L6上施加固定约束边界条件。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines，弹出拾取形对话框，用鼠标拾取L6（底线），单击OK按钮，弹出如图3-13所示『Apply U，ROT on Lines』对话框，在DOFs to be constrained列表中选择All DOF，单击ok按钮。
图3-13『Apply U，ROT on Lines』对话框
5) 设置静水压力梯度。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>for Surface Ld>Gradient弹出图3-14所示『Gradient Specification For Surface Loads』对话框，设置下列选项：
Type of surface load：面载荷的类型，选择Pressure（压力载荷）。
Slope value（load/length）：分布梯度数值，输入-9800。
Slop direction：分布梯度的参考坐标轴，选择Y direction，即Y方向上的梯度。 Location along Sldir：施加载荷时压力施加的位置坐标，输入100
Slope coordinate system：分布梯度定义的参考坐标，输入0。
单击ok按钮。
图3-14 『Gradient Specification For Surface Loads』对话框
6) 在L1和L2上施加静水压力。选择参菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines弹出拾取线对话框，用鼠标拾取L1和L2，
单击OK按钮，弹出如图3-15所示 『Apply PRES on lines』对话框，在Value处输入0，单击ok按钮。
图3-15 『Apply PRES on lines』
7) 施加重力加速度。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>inertia> Gravity>Global弹出如图3-16所示
『Apply(Gravitational) Acceleration』对话框，在ACELY项输入9.8，单击ok按钮。
图3-16 『Apply(Gravitational) Acceleration』对话框
8) 显示压力箭头。选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls>Symbols弹出对话框，设置下列选项：
Surface Load Symbols：选择Pressure。
Show pres and convect as：选择Arrows。
其他选项默认，单击ok按钮，
9) 画单元模型，选择菜单路径Utility Menu>Plot>Elements。
10) 执行求解。选择菜单路径Main Menu>Solution>current LS，单击ok按钮开始执行求解，生成结果如图3-17所示。
图3-17 生成结果。
11) 退出求解器。选择菜单路径Main Menu>Finish。
4. 执行后处理器：查看变形、应力。
1) 进入后处理器。选择菜单路径Main Menu>General Postproc。
2) 读入最后的结果序列。选择菜单路径Main Menu>General Postproc>read
results>Last set.
3) 位移观察总体变形。选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot
Results>Nodal Sol弹出如图3-18所示『Contour Nodal Solution Data』对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>DOF solution>Displacement vector sum。 其他默认。单击ok按钮显示如图3-19所示的变形等值图。
图3-18 『Contour Nodal Solution Data』对话框
图3-19位移等值图
4) 应力 选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol弹出Contour Nodal Solution Data对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>stress>von mises stress。
其他默认。单击ok按钮显示如图3-20所示的应力等值图。
图3-20 应力等值图
5) 应变 选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol弹出Contour Nodal Solution Data对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>strain>von mises total stress。 其他默认。单击ok按钮显示如图3-21所示的应变等值图。
图3-21应变等值图
ansys水坝坝体受力分析
图3-1 水坝截面
操作步骤
1. 清除内存，准备分析
1) 清除内存，开始一个新的分析，选择菜单路径Utility Menu>File>Clear & Start New 弹出Clears database and Start New对话框，采用默认状态，单击ok按钮弹出Verify确认对话框，单击Yes按钮。
2) 指定工作文件名。选取菜单路径Utility Menu>File>Change Jobname 弹出『Change Jobname』对话框，在enter New Jobname项中输入“PlaneStrain”，然后单击ok按钮。
3) 定义标题，选择菜单路径Utility Menu>File>Change Title，输入文字“The Plane Strain Pressure Gradient Example：Dam Section”，单击OK按钮。
2. 创建有限元模型
1) 进入前处理器，并定义单元类型1，选取菜单路径Main
Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit
/Delete弹出『Element Types』对话框，单击Add弹出如图3-2所示『Library of Element Types』对话框，设置下列选项：
图3-2 『Library of Element Types』对话框
左边列表框中选择Solid。
右边列表框中选择Quad4node42。
Element type reference number：单元编号，输入1。
单击ok按钮，返回Element对话框，单击Option按钮，弹出如图3-3所示『PLANE42 element type option』设置对话框，将K3设置成Plane Strain，单击OK按钮返回Element Type对话框，单击Close按钮可关闭该对话框。
图3-3 『PLANE42 element type option』设置对话框
2) 定义材料属性1。选择菜单路径Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models，打开如图3-4所示『Define Material2 Model Behavior』材料属性对话框。在『Material Model Available』窗口中双击下面的路径：Structural>Linear>Elastic>Isotropic，打开图3-5所示的『Linear Isotropic Properties for Material Number1』对话框。设置下列选项：
EX：弹性模量，输入2.14e10。
PRXY：泊松比，输入0.25。
图3-4 『Define Material Model Behavior』对话框
图3-5所示的『Linear Isotropic Properties for Material Number1』对话框
3) 单击OK按钮返回『Define Material Model Behavior』对话框，接着在右侧『Material Model Available』窗口中双击下面的路径：Structural>Density，弹出如图3-6所示的『Density for Material Number1』对话框，设置下列选项：
DENS：密度，输入2500。
单击ok返回，关闭『Define Material Model Behavior』材料属性对话框。
图3-6所示的『Density for Material Number1』对话框
4) 创建六个关键点。选择菜单路径
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>In Active CS，弹出如图3-7所示『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框，设置下列选项：
Keypoint number：关键点编号，输入1。
X,Y,Z Location in active CS：（-20，0，0）
图3-7『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框
单击Apply按钮，再次弹出『Create Keypoints In Active Coordinate System』对话框，同理依次定义关键点2～6，对应的坐标值如下：
Keypoints 2 3 4 5 6
X,Y,Z （0,30,0） (0,100,0) (15,100,0) (15,85,0) (80,0,0)
5) 创建大坝截面。选择菜单路径
Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Arbitrary>
Through KPs弹出拾取关键点对话框，依次拾取关键点1、2、3、4、5、6单击ok按钮，生成结果如图3-8所示。
图3-8 生成结果
6) 给面单元分配单元属性。选择菜单路径Main
Menu>Preprocessor>Meshing>MeshTool弹出如图3-9所示『MeshTool』对话框，在Element Attributes下拉框中选择Areas选项，单击其后的set按钮，弹出拾取面对话框，单击按钮Pick all弹出如图3-10所示『Area Atibutes』属性分配对话框，设置下列选型： MAT Material numbers：材料类型，设置为1
TYPE Element Type number：单元类型，设置为1 PLANE42。
其他选项默认。
7) 控制单元尺寸。单击Meshtool对话框中Size Control>Areas后的set按钮，弹出拾取面对话框，单击Pick All接着弹出如图3-11所示『Element Size at Picked Areas』对话框，在Size值域输入3，单击Ok按钮。
8) 选择单元形状和网格划分器。首先在meshtool对话框的mesh下拉框中选择areas选项：然后，在MeshTool对话框的Shap项中选择Quad按钮，接着选中Free按钮。
9) 执行网格划分。单击MeshTool对话框中按钮Mesh弹出拾取面对话框名单击Pick All
按钮执行网格划分，生成结果如图3-12所示。
10) 存储有限元模型，单击ANSYS Toolbar窗口中的快捷建SAVE_DB。
11) 退出前处理器。选择菜单路径Main Menu>Finish。
图3-10『Area Atibutes』属性分配对话框
图3-9所示『MeshTool』对话框 图3-11所示『Element Size at Picked Areas对话框』
图3-12 生成结果
3. 施加载荷并求解
1) 进入求解器，选择静力分析。选择菜单路径Main Menu>Solution>Analysis
Type>New Analysis弹出对话框选中Static，然后单击ok按钮，
2) 打开关键点与线的编号和颜色开关。选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls>Numbering弹出『Plot Numbering Controls』对话框，设置下列选项：
Keypoint number：关键点编号设置为ON。
Line number：线编号设置为ON。
Numbering shown with：是否显示颜色和编号，设置为Colors & numbers 即表示显示颜色和编号。
其他选项默认，单击ok按钮。
3) 画线。选择菜单路径Utility Menu>Plot>Lines，
4) 在L6上施加固定约束边界条件。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines，弹出拾取形对话框，用鼠标拾取L6（底线），单击OK按钮，弹出如图3-13所示『Apply U，ROT on Lines』对话框，在DOFs to be constrained列表中选择All DOF，单击ok按钮。
图3-13『Apply U，ROT on Lines』对话框
5) 设置静水压力梯度。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define Loads>Settings>for Surface Ld>Gradient弹出图3-14所示『Gradient Specification For Surface Loads』对话框，设置下列选项：
Type of surface load：面载荷的类型，选择Pressure（压力载荷）。
Slope value（load/length）：分布梯度数值，输入-9800。
Slop direction：分布梯度的参考坐标轴，选择Y direction，即Y方向上的梯度。 Location along Sldir：施加载荷时压力施加的位置坐标，输入100
Slope coordinate system：分布梯度定义的参考坐标，输入0。
单击ok按钮。
图3-14 『Gradient Specification For Surface Loads』对话框
6) 在L1和L2上施加静水压力。选择参菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines弹出拾取线对话框，用鼠标拾取L1和L2，
单击OK按钮，弹出如图3-15所示 『Apply PRES on lines』对话框，在Value处输入0，单击ok按钮。
图3-15 『Apply PRES on lines』
7) 施加重力加速度。选择菜单路径Main Menu>Solution>Define
Loads>Apply>Structural>inertia> Gravity>Global弹出如图3-16所示
『Apply(Gravitational) Acceleration』对话框，在ACELY项输入9.8，单击ok按钮。
图3-16 『Apply(Gravitational) Acceleration』对话框
8) 显示压力箭头。选择菜单路径Utility Menu>PlotCtrls>Symbols弹出对话框，设置下列选项：
Surface Load Symbols：选择Pressure。
Show pres and convect as：选择Arrows。
其他选项默认，单击ok按钮，
9) 画单元模型，选择菜单路径Utility Menu>Plot>Elements。
10) 执行求解。选择菜单路径Main Menu>Solution>current LS，单击ok按钮开始执行求解，生成结果如图3-17所示。
图3-17 生成结果。
11) 退出求解器。选择菜单路径Main Menu>Finish。
4. 执行后处理器：查看变形、应力。
1) 进入后处理器。选择菜单路径Main Menu>General Postproc。
2) 读入最后的结果序列。选择菜单路径Main Menu>General Postproc>read
results>Last set.
3) 位移观察总体变形。选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot
Results>Nodal Sol弹出如图3-18所示『Contour Nodal Solution Data』对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>DOF solution>Displacement vector sum。 其他默认。单击ok按钮显示如图3-19所示的变形等值图。
图3-18 『Contour Nodal Solution Data』对话框
图3-19位移等值图
4) 应力 选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol弹出Contour Nodal Solution Data对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>stress>von mises stress。
其他默认。单击ok按钮显示如图3-20所示的应力等值图。
图3-20 应力等值图
5) 应变 选择菜单路径Main Menu>General Postproc>Plot Results>Nodal Sol弹出Contour Nodal Solution Data对话框，设置下列选项：
Item to contoured：选择Nodal solution>strain>von mises total stress。 其他默认。单击ok按钮显示如图3-21所示的应变等值图。
图3-21应变等值图