重力坝二维ANSYS模型命令流

通过查阅资料可得如下一些具体数据：35#坝段坝顶高程为267.7m（加高后的高程），坝高为76.7m，坝体基本剖面为近似的三角形剖面，上游坝坡为5%，下游坝坡为78%。从图2.3.2.1中量测得到以下数据：坝底宽58.57m，坝顶宽11.0m，以及各个连接点位置相对于坝底上游面点的坐标值。

图2.3.2.1 计算截面图

在建立ANSYS模型时，要把坝基包括在内，其尺寸应满足：上、下游坝基的宽度应为（2~3）H，H为坝体高度；坝基的深度同样应为（2~3）H。在本文中坝基的上、下游宽度和深度均取为2H。则由以上资料可建立模型轮廓如下图。

图2.3.2.2 35坝段模型轮廓图

下一步是要确定坝体及坝基的材料属性，查阅资料得到下图

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图2.3.2.3 坝体材料分区简化图

表2.3.2.1 坝体材料参数表

材料编号 材料名称 容重（KN·m3） 弹模（GPa） ① ② ③ ④

具备了以上的资料，则可以用ANSYS建立模型。建模命令流如下： (1)定义工作文件名、分析类型及相关变量 /FILNAME,Dam !定义工作文件名 /TITLE,FengmanDam !定义工作标题 /COM,Structural !指定结构分析

h1=59.78 !预定义上游水深，在后期计算中只更改此数 (2)定义单元类型及材料属性

/PREP7 !进入前处理器 ET,1,PLANE42 !定义单元类型 KEYOPT,1,3,2 !定义平面应变

!定义1号材料

MP,EX,1,1.2E10 !定义材料弹性模量 MP,PRXY,1,0.17 !定义材料泊松比 MP,DENS,1,2350 !定义材料密度 !定义2号材料 MP,EX,2,1.6E10 MP,PRXY,2,0.17 MP,DENS,2,2350

C5 C10 C15 地基 23.03 23.03 23.03 26.4 12 16 20 15 泊松比 0.17 0.17 0.17 0.25 !定义3号材料 MP,EX,3,2.0E10 MP,PRXY,3,0.17 MP,DENS,3,2350 !定义4号材料 MP,EX,4,1.5E10 MP,PRXY,4,0.25 MP,DENS,4,2640 (3)建立模型

K,1,0,0,0 !创建关键点 K,2,58.57,0,0 K,3,47.978,13.58,0 K,4,40.178,23.58,0 K,5,24.578,43.58,0 K,6,11.53,60.31,0 K,7,11.53,76.7,0 K,8,0.53,76.7,0 K,9,0.53,57,0 K,10,2.5,50,0 K,11,2.179,43.58,0 K,12,0.679,13.58,0 K,13,24.578,23.58,0 K,14,0,-153.4,0 K,15,58.57,-153.4,0 K,16,-153.4,0,0 K,17,-153.4,-153.4,0 K,18,211.97,0,0 K,19,211.97,-153.4,0

L,1,2 !创建直线 L,2,3 L,3,4 L,4,5 L,5,6

L,6,7 L,7,8 L,8,9 L,9,10 L,10,11 L,11,12 L,12,1 L,12,3 L,13,4 L,13,5 L,11,5 L,1,14 L,14,15 L,2,15 L,1,16 L,16,17 L,14,17 L,2,18 L,18,19 L,15,19

AL,1,2,13,12 !根据已有线创建平面 AL,13,3,14,15,16,11 AL,14,4,15

AL,16,5,6,7,8,9,10 AL,1,17,18,19 AL,20,21,22,17 AL,19,25,24,23 APLOT

(4)对面进行网格剖分

!划分1号面网格

lsel,s,,,1 !选择线段1 lesize,all,,,28 !设置线段划分数 lsel,s,,,2

lesize,all,,,6 lsel,s,,,13 lesize,all,,,24 lsel,s,,,12 lesize,all,,,6 mat,3 amesh,1 !划分2号面网格 lsel,s,,,3 lesize,all,,,5 lsel,s,,,14 lesize,all,,,7 lsel,s,,,15 lesize,all,,,10 lsel,s,,,16 lesize,all,,,10 lsel,s,,,11 lesize,all,,,15 mat,2 amesh,2

!划分3号面网格 lsel,s,,,4 lesize,all,,,10 mat,1 amesh,3

!划分4号面网格 lsel,s,,,5 lesize,all,,,8 lsel,s,,,6 lesize,all,,,8 lsel,s,,,7 lesize,all,,,6

lsel,s,,,8 lesize,all,,,10 lsel,s,,,9 lesize,all,,,4 lsel,s,,,10 lesize,all,,,3 mat,1 amesh,4

!划分5号面网格 lsel,s,,,18 lesize,all,,,28 lsel,s,,,17,19,2 lesize,all,,,20,10 mat,4 amesh,5

!划分6号面网格 lsel,s,,,21 lesize,all,,,20,10 lsel,s,,,20,22,2 lesize,all,,,20,10 mat,4 amesh,6 eplot

!划分7号面网格 lsel,s,,,24 lesize,all,,,20,10 lsel,s,,,23,25,2 lesize,all,,,20,10 mat,4 amesh,7 eplot

save,dam_model,db finish

网格剖分及材料分区如图

图2.3.2.4 ANSYS模型网格剖分及材料分区图

加载及求和

由于仅有水位资料，所以在加载时仅考虑了静水压力和扬压力两项。静水压力由公式（2.3.2.1）计算：

P?1?H22(2.3.2.1)

式中：P——单位宽度上的静水压力； ?——水的容重，一般取为9.81kN/m3; H——坝前水深。

扬压力由上浮力和渗流压力组成。上浮力是由坝体下游水深产生的浮托力；渗流压力是在上下游水位差作用下，水流通过基岩节理、裂隙而产生的向上的静水压力。扬压力的计算参考《DL 5108-1999混凝土重力坝设计规范》，按单排水进行计算，取扬压力折减系数?为0.25。扬压力分布图如下：

图2.3.2.5 扬压力分布简图

加载命令流如下： /solu

（5）施加边界条件，在坝基上下游面施加水平约束，坝基底面施加竖向约束。 csys,0 !激活总体坐标系 dsys,0 allsel

nsel,s,loc,x,-153.4 nsel,a,loc,x,211.97 nplot d,all,ux allsel

nsel,s,loc,y,-153.4 nplot d,all,uy allsel gplot

（6）施加静水压力 allsel eplot csys,0 dsys,0

nsel,s,loc,x,0,2.5 nsel,r,loc,y,0,h1 eplot

/psf,pres,norm,2,0,1

sfgrad,pres,0,y,0,-9810 !设定荷载的梯度 sf,all,pres,h1*9810

/replot

（7）施加扬压力 csys,0 dsys,0 /psyma,cs,1 allsel

nsel,s,loc,y,0 nsel,r,loc,x,0,8.6 esln,s

esel,r,mat,,3,3,0,0 eplot

sfcum,pres,add sfgrad,pres,0,x,0,0 sf,all,pres,9810*0.25*h1

sfgrad,pres,0,x,0,-9810*0.75*h1/8.6 sf,all,pres,9810*h1*0.75 /psf,pres,norm,2,0,1 /replot allsel

nsel,s,loc,y,0 nsel,r,loc,x,7.6,58.57 esln,s

esel,r,mat,,3,3,0,0 eplot

sfgrad,pres,0,x,58.57,-9810*0.25*h1/(58.57-8.6) sf,all,pres,

/psf,pres,norm,2,0,1 /replot

allsel eplot

save,dam_static_solu,db

图2.3.2.6 施加约束和荷载后的模型

（8）静力求解 /solu allsel outres,all,all autots,on nsubst,20 solve

save,dam_static_ret,db finish 输出变形图 /post1

esel,s,mat,,1,3,1 !仅选取坝体部分显示 set,last plnsol,u,x,0,1

通过改变预定义的上游水深h1，可以计算不同水位作用下的坝顶位移。上游水位251.2m。

（a）水平位移云图 （b）竖直位移云图

（c）第一主应力图 （d）第一主应变图

图2.7计算结果图

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mbkt.html