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第1章 土木工程有限元数值模拟简介1

1.1 数值模拟方法概述1

1.2 有限元法简介2

1.2.1 有限元法的起源和特点2

1.2.2 有限元的常用术语2

1.3 有限元法的求解步骤4

第2章 大型通用有限元软件ANSYS简介7

2.1 概述7

2.1.1 ANSYS在计算机辅助工程中的地位7

2.1.2 ANSYS软件的主要技术特点8

2.1.3 ANSYS软件的主要功能8

2.2 安装与启动10

2.2.1 系统要求10

2.2.2 安装介绍10

2.2.3 启动和退出11

2.3 使用界面介绍13

2.4 ANSYS文件管理15

2.4.1 文件类型15

2.4.2 文件管理16

2.5 ANSYS有限元分析基本过程18

2.6 ANSYS分析基本过程的实例19

2.6.1 分析问题概述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操作与命令流的比较27

第3章 土木工程分析中ANSYS相关高级技术29

3.1 参数化设计语言29

3.1.1 参数化设计语言概述29

3.1.2 参数化设计语言的应用举例33

3.2 子模型与子结构37

3.2.1 子模型38

3.2.2 子结构41

3.3 自适应网格的划分47

3.3.1 前提条件47

3.3.2 操作步骤48

3.3.3 应用举例48

3.4 单元的生死50

3.4.1 概述51

3.4.2 单元生死的使用52

3.4.3 生死单元的控制55

3.4.4 排错检查56

3.4.5 单元生死应用实例57

3.5 图形输出59

3.5.1 概述60

3.5.2 生成中性文件61

3.5.3 制作硬拷贝图形文件62

3.5.4 模态分析后处理中图片的抓取62

3.6 动画制作67

3.6.1 概述68

3.6.2 基本动画命令68

3.6.3 单步动画的生成69

3.6.4 Windows环境动画的制作75

3.7 瞬态动力分析77

3.7.1 瞬态动力分析概述77

3.7.2 瞬态动力分析的要点78

3.7.3 瞬态动力分析的实例解析79

3.8 CAD几何模型的导入81

3.8.1 CAD几何模型的导入概述81

3.8.2 应用举例82

第4章 钢筋混凝土问题ANSYS分析84

4.1 概述84

4.1.1 关于钢筋混凝土模型84

4.1.2 本构模型及破坏准则85

4.2 模拟钢筋混凝土的SOLID65单元86

4.2.1 SOLID65单元理论基础86

4.2.2 SOLID65单元使用方法91

4.3 钢筋混凝土板受力分析94

4.3.1 问题的描述94

4.3.2 建模95

4.3.3 网格划分98

4.3.4 加载并求解99

4.3.5 计算结果及分析100

4.4 钢筋混凝土梁分析103

4.4.1 问题的描述103

4.4.2 建模103

4.4.3 加载并求解108

4.4.4 计算结果及分析109

4.5 预应力钢筋混凝土分析111

4.5.1 相关概念111

4.5.2 问题的描述112

4.5.3 建模113

4.5.4 划分网格114

4.5.5 加载、求解116

4.5.6 结果分析116

4.6 钢筋混凝土开裂模拟118

4.6.1 相关概念118

4.6.2 问题的描述119

4.6.3 建模120

4.6.4 划分网格121

4.6.5 加载和求解121

4.6.6 计算结果分析123

4.7 钢筋混凝土浇筑模拟分析124

4.7.1 相关概念124

4.7.2 问题的描述125

4.7.3 建模125

4.7.4 划分网格126

4.7.5 加载和求解126

4.7.6 结果分析133

第5章 ANSYS桥梁工程应用135

5.1 概述135

5.2 桁架桥的受力分析136

5.2.1 相关概念136

5.2.2 问题的描述137

5.2.3 建模假设138

5.2.4 建模138

5.2.5 加载和求解142

5.2.6 结果分析144

5.3 悬索桥的受力分析146

5.3.1 相关概念146

5.3.2 问题的描述147

5.3.3 建模假设148

5.3.4 自下而上建模149

5.3.5 加载和求解151

5.3.6 结果分析154

5.4 移动荷载作用下桥梁的动态响应155

5.4.1 相关概念155

5.4.2 问题描述157

5.4.3 建模157

5.4.4 加载与求解159

5.4.5 结果分析与比较160

5.5 连续刚构桥三维仿真分析162

5.5.1 相关概念162

5.5.2 问题的描述163

5.5.3 建模164

5.5.4 加载及求解172

5.5.5 计算结果及分析173

5.6 桥梁的地震响应分析175

5.6.1 相关概念175

5.6.2 问题的描述178

5.6.3 建模180

5.6.4 网格划分、施加边界条件181

5.6.5 地震谱响应分析182

5.6.6 地震波瞬态分析185

5.7 斜拉桥三维仿真分析187

5.7.1 相关概念187

5.7.2 问题的描述188

5.7.3 建模假设189

5.7.4 建模及结果分析190

第6章 ANSYS隧道及地下工程应用200

6.1 概述200

6.1.1 Drucker-Prager本构模型200

6.1.2 隧道及地下工程的设计模型202

6.1.3 隧道及地下工程的设计方法203

6.1.4 隧道及地下工程衬砌结构设计中的力学模型选择204

6.1.5 隧道及地下工程施工力学数值模拟204

6.2 山岭隧道结构力学分析205

6.2.1 问题的描述205

6.2.2 建模206

6.2.3 加载与求解209

6.2.4 后处理212

6.2.5 计算结果分析215

6.3 地铁明挖隧道结构力学分析216

6.3.1 问题的描述216

6.3.2 建模216

6.3.3 加载与求解219

6.3.4 后处理221

6.3.5 计算结果分析224

6.4 高速公路隧道施工力学数值模拟分析226

6.4.1 分离式高速公路隧道设计226

6.4.2 建模227

6.4.3 加载与初始地应力求解234

6.4.4 左隧道开挖求解237

6.4.5 右隧道开挖求解243

6.4.6 计算结果分析251

6.5 双线铁路隧道施工过程仿真分析251

6.5.1 问题的描述251

6.5.2 模型的建立253

6.5.3 加载与求解261

6.5.4 计算结果分析267

6.6 地铁盾构隧道掘进过程数值模拟分析275

6.6.1 问题的描述275

6.6.2 模型的建立275

6.6.3 加载与求解281

6.6.4 计算结果分析288

6.7 隧道地震动力响应分析293

6.7.1 问题的描述294

6.7.2 基本条件及假定295

6.7.3 地震波的选取295

6.7.4 计算模型确立296

6.7.5 加载与求解300

6.7.6 结果分析301

第7章 ANSYS房屋建筑工程应用305

7.1 概述305

7.2 钢筋混凝土结构设计ANSYS分析306

7.2.1 问题的描述306

7.2.2 混凝土承载力及裂纹弥散分析306

7.2.3 钢筋混凝土模型建立307

7.2.4 加载与求解过程309

7.2.5 计算实例及结果分析309

7.3 大跨度网架结构受力分析310

7.3.1 问题的描述310

7.3.2 空间结构模型建立310

7.3.3 加载与求解过程311

7.3.4 计算实例及结果分析311

7.4 框架-剪力墙结构三维仿真分析323

7.4.1 问题的描述323

7.4.2 复杂模型建立326

7.4.3 加载与求解332

7.4.4 计算实例及结果分析334

第8章 ANSYS基础工程应用340

8.1 概述340

8.1.1 基础工程基本类型340

8.1.2 ANSYS在桩-土接触分析中实现341

8.2 房屋桩端承载力三维力学分析341

8.2.1 桩基承载力理论341

8.2.2 桩的加载分析343

8.2.3 计算实例及结果分析344

8.3 房屋刚性基础三维仿真分析366

8.3.1 房屋基础类型及相关概念367

8.3.2 问题的描述367

8.3.3 计算过程367

8.3.4 计算实例及结果分析368

8.4 桥梁桩基础设计受力分析375

8.4.1 桥梁桩基础概述375

8.4.2 单桩容许承载力确定375

8.4.3 计算过程375

8.4.4 桩内力及变位分析376

8.4.5 计算实例及结果分析376

第9章 ANSYS边坡工程应用385

9.1 边坡问题的相关概述385

9.1.1 强度折减法原理385

9.1.2 边坡的破坏形式386

9.1.3 影响边坡稳定的主要因素386

9.1.4 边坡稳定性的主要分析方法387

9.2 强度折减法在ANSYS中的实现387

9.3 ANSYS边坡稳定性计算基本过程388

9.3.1 模型建立及边界条件389

9.3.2 加载与求解394

9.4 算例分析396

9.4.1 均质边坡稳定性396

9.4.2 不同含水率状态下的边坡稳定性398

第10章 ANSYS在大坝工程中的应用404

10.1 概述404

10.2 重力坝三维仿真分析405

10.2.1 相关概念405

10.2.2 问题的描述407

10.2.3 建模408

10.2.4 加载与求解416

10.2.5 计算结果分析422

第11章 ANSYS在公路和铁路工程中的应用431

11.1 概述431

11.2 公路的动载分析432

11.2.1 问题的描述432

11.2.2 建模433

11.2.3 加载与求解439

11.2.4 后处理441

11.3 桥上无缝线路纵向附加力有限元模型仿真分析444

11.3.1 相关概念444

11.3.2 问题的描述445

11.3.3 建模445

11.3.4 加载与求解450

参考文献454