利用ANSYS等软件生成三维地质体有限元模型

【实例简介】
利用ANSYS等软件生成三维地质体有限元模型，是很详尽的课件操作说明
做好这些准备工作之后,图形应该类似于下图所小,轴测图能够看出,不同 标注值的等高线是不处于同一高度平面的。之后需将处理得到的图形力存为*.dxf ( Drawing exchange format——绘图交换文件)格式文件,作为GCAD的处理对 象 图(5)修改完的等高线图示例 三、提取等高线中拟合点数据 地形图中的等高线是通过外业采集得到的数据,通过软件将同一等高线上的 数据点利用拟合的方法(如 AutoCad中的 SPLINE命令)绘制出的,下一步要做的 就是将等髙线中的拟合点数据提取出来。 首先,将保存岀的*.dxf格式的文件放于没有任何中文宇符的文件路径下, 然后用 GOCAD软件读入:File→ Import objects→ Cul tural data→DXF,找到相 应的文件,读入。 然后,在用 GOCAD中打开的地形图中,会看到 Curve一栏中会出现有三个图 层的数据,如下图所小。 f]Features Pointset 1010 图(6) GOCAD中等高线数据示例 选中 Curve中包含有等高线的图层前的复选框,如果有的图层不包含等高线 数据,右击该图层名称, Delete该图层。做好之后,等高线将会显示出来,如下 佟所 图(7) GOCAD中等高线数据示例 将显示出的等高线中的数据输出:File→ Export object→ Pointset Custom ascii,弹出对话框,如下图所示。 ?] Tm网 l刮叫 C Fise的dth Del C c Az Cly 图(8) GOCAD中输出等高线数据对话框示例 在 Output file中填写相应的文件路径和文件名,在 number of fields中添 加(右侧Add按钮)相应的X、Y、Z字段,如下图所示 I?x 日Ay Ontrut fi C. Delimit I'Mm T1-4 Ally 图(9)G0CAD中输出等高线数据对话框示例二 打开保存好的文件,其格式应该如下图所示。 contour line . txt-记事本」 义科()编辑(E)格式(O查看()书(H) 4737428437502912228.0000001046000000 473741.06250029122257500001046000000 473737.2187502912222.0000001046000000 473734.25000029122200000001046000000 473730.3437502912218.2500001046000000 47372525000029122165000001046000000 473720.96875029122157500001046000000 4737149062502912215.2500001046000000 47370918750029122155000001046000000 473703.15625029122157500001046000000 4736971250002912216.2500001046000000 473693.90625029122172500001046000000 473690.50000029122190000001046000000 473687.0000002912221.5000001046000000 473684.2500002912224.5000001046000000 47368003125029122287500001046000000 图(10) GOCAD中输出等高线数据文本格式示例 得到该数据之后,可以为下一步的 Surfer钦件处理做好准备。 5 四、 Surfer中将等高线数据均匀化 从上一步得到的数据时等高线上离散的拟合点的坐标数据,由于数据点的数 量有限而且较为离散,直接用Anss联线等比较麻烦,因此需要用到 Surfer软件 将离散的数据点均匀化,生成可以利用 Ansys的APDL语言进行编程处理的数据点。 利用 Surfer软件读入上一步得到的数据文件:Grid→Data,找到相应的文件, 将弹出一个数据分列的对话框,如下图所示。 Data Import Ootions-cortour_ line. txt Celd format o Delimited fields are separated by tabs or other characters) Start import at O Fixcad Width(each tield is a tixed number ot characters wide) 1 Cancel Delimiters Text CLarifiers VTab F Semicolon Other: "Double Quote" skip leading spaces Comma回sae 'Sircle Quote Treat consecutive del miters as one Preview of C: Users(zang Huan-QIargpesktop,contour_lIne.bt 5147405 6474047.291 8474151.09 图(11) Surfer中读入等高线数据文本对话框示例 按照其默认选项,点击OK按钮,弹岀另一个对话框,如下图所示。 Grid Data-C: Users'\Zhang Huan-Qiang\. Desktop\conto Dald Culuimris [64501 bald puiIls) X: Column A Fllter data View cald Z: Column C Gridding Method C: \Users) Zhang Huar-Ciang\ Desktop\ contour_line. gro Grid Line Geometry Mininum Maximum Spacing t of Li X Directon:473425.5∈254747735938 1361647773100 Y Directon:16用 1285b.5 13-b235322 图(12) Surfer中读入等高线数据文本对话框示例二 该对话框中有许多高级选项,包括数据的过滤、如何对离散的数据点进行插 值得到网格的方法等选项或按钮,可以尝试选择,对不同的网格生成方法进行对 比,得到比较合适的能够反映岀地表形态的地形图。当前操作是按照其默认选项 点击OK按钮,将生成一个与读入数据文件名相同且路径相同的*.grd文件,之后 的操作将是针对得到的该文件进行的 执行Map→New→3 D Gridframe操作,读取上一步得到的*.grd文件,将会显 示出网格地图,可进行查看对比。如下图所示。 袋 图(13) Surfer中三维网格地图显示示例 将该网格数据输出。执行Grid→ Convert,先找到创建的*.grd文件,然后弹 出保存的文件,写上输出文件名,注意保存类型应该选择*,daL文件。利用 Surfer 输出的数据格式如下图所小 out. dat-记事本 文件(月)编辑(E格式(O)查看M帮助H 474378.715944442912201558965510566080920817 474392.332422222912201.568965510554309026987 47440594892912201568965510543782383808 474419565377782912201568965510543748838405 474433.181855562912201.55896551052.8930620187 474446798333332912201.56896551050.6219941754 474460.414811112912201.56896551047.2650219052 474474031288892912201558965510455498539695 47448764776667291220156896551044.104701464 474501.264244442912201.55896551043.1694031667 474514.880722222912201568965510423004942714 47452849722912201.56996551041.7544660288 474542113677782912201558965510383355186245 474555.730155562912201.56896551038.1956344351 474559346533332912201.558965510404115679359 474582.963111112912201.5896551041.8288933348 图(14) Surfer中三维网格地图示例 7 值得注意的是,用 Surfer得到的网柊数据与 GOCAD中输出的网格数据是不同 的,其不同在于, GOCAD该输出的数据是等高线上的离散的拟合点数据,而 Surfer 输出的数据是经过网格均匀化得到的,网格点明显多于前者,也更易于在 Ansys 中进行编程连线,进而创建面及实体。 五、 Ansys中利用等高线数据创建实体及有限元模型 由于 Surfer导出的数据不能直接被 Ansys读入,故需将数据进行格式调整 可利用Word、 Excel等文本编辑软件对格式进行修改,修改后的文件内容应如下 图所示,该文件即可被 Ansys直接调用,并创建关键点( Keypoints)。 建文本文档tt:记中 口」x K,473738.741,2912201.569,1051.483 K,473752.358,2912201.5691052.115 K,473765974,2912201.5691052023 K,473779591,2912201569,1051.971 K,473793,207,2912201.569,1051914 K,4738068242912201.569,1050.944 K,473820440,2912201569,1048073 K,473834.057,2912201.569,1043.339 K,473847.673,2912201.569,1041.063 K,473861.290,2912201.569,1035608 K,473874.906,2912201.569,1030.766 K473888.523,2912201.569,1028842 K,473902.139,2912201.569,1029.007 K,473915756,2912201569,1030102 K,473929372,2912201.569,1031.616 图(15) Ansys中关键点数据录入格式示例 关键点创建完毕之后,可以利用编程的知识由下到上创建样条线段和空间曲 面(由于利用 Sur ter输出地网格点的坐标都是很有规律的:先对Ⅹ坐标从小到大 排列,再对Y坐标从小到大排列,故可通过程序一步步创建出样条线和空间曲面) 如下图所小为利用 Ansys的APDL语言编写的创建空间样条线段和曲面的语句。 创建 Spline segment的语句示例: SPLINE,5991,5992,593,5994,5995,5996 SPLINE,5996,5997,5998,5999,6000,6001 SPLINE,6001,6002,6003,6004,6005,6006 SPLINE,6007,6008,6009,6010,6011,6012 SPLINE,6012,6013,6014,6015,6016,6017 SPLINE,6017,6018,6019,6020,6021,6022 8 SPLINE,6022,6023,6024,6025,6026,6027 创建Aera的语句示例: DO,工,1,40,1 AL,40*J++5710,40来J+1+5670,J+70+8480,J+70水I+8550 ENDDO 冰上NDDU 以上语句仅是针对本特例做出的,要根据不同的模型需要做适当的修改。 线和面都创建完毕之后可以将所有的面进行拉伸操作,生成实休模型。语句 如下: 创建 Volume的语句示例: /PREP7 VEXT,1,2800,1,0,0,-200 执行完拉伸操作,实休模型建立如下图所示。 VOLUMIE TIN143111 T￥正ENU 图(16) Ansys中实体拉伸示例 将 WorkPlane移动至相应的高度(操作:菜单栏中 Workplane→ Offset wp to XYZ Locations+,输入新的ⅪYZ点坐标),进行布尔操作( Preprocessor→ Modeling→ Operate→ Booleans→ Divide→ Volu by WorkPlane),朋除不需要的体 和以下的部件( Preprocessor→ Modeling→ Delete→ Volune& Below),存盘。结 果如下图所小 J14已」11 图(17) Ansys中实体修剪示例 建立有限元模型的方法如下 ELEVENT3 1411 19 图(18)Ansy中实体修剪示例 10 【实例截图】
【核心代码】