（1）运行启动Mechanical APDL Product Launcher 17.0，在弹出的17.0：ANSYS Mechan-ical APDL Product Launcher窗口中分别设置Simulation Environment、Lisence、Working Directo-ry，在Job Name（项目名称）框中输入Tunnel Excavation。单击Run按钮，进入GUI界面。在GUI界面中选择Main Menu＞Preferences命令，在弹出的对话框中选中Sructural。

（2）定义单元类型。

在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的Element Types对话框中单击Add按钮，利用弹出的Library of Element Types对话框添加非求解单元notsolved＞mesh facet 200为1号单元。

回到Element Types对话框，选中MESH200，单击Options按钮，在弹出的对话框中设置其K1为3DLINE2NODE。

以同样的方法再添加另一MESH200为2号单元，在单元类型选项对话框中设置其K1为QUAD4NODE。

添加单元SHELL181为3号单元，添加SOLID185为4号单元，最后单击OK按钮退出。

（3）定义材料属性。

本例需要定义3种材料：隧道壁为混凝土材料、周边岩体材料，以及隧道内挖去的岩石材料。

设定混凝土弹性参数。在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Ma-terial Models命令，弹出Define Material Model Behavior对话框。

在Material Models Available列表框中选择Structural＞Linear＞Elastic＞Isotropic，在弹出的对话框中设置EX为3E10，PRXY为0.2，单击OK按钮。

在Material Models Available列表框中选择Structural＞Density，在弹出的对话框中设置材料密度为2500，单击OK按钮。

为岩体定义材料参数：EX为4.5E8，PRXY为0.32，密度为2700。

挖除的岩石材料：EX为4.51E8，PRXY为0.32，密度为2700。

（4）定义实常数。

为应用板壳单元的混凝土壁设置厚度。通过路径Main Menu＞Preprocessor＞Real Con-stants＞Add/Edit/Delete，添加厚度R，1，0.4。

上述步骤相应的命令流如下。

FINISH

/CLEAR

/PREP7 ！进入前处理器

ET，1，MESH200，2 ！用于3-D的2节点线

ET，2，MESH200，6 ！用于3-D的4节点四边形

ET，3，SHELL181 ！用于混凝土壁的壳单元

ET，4，SOLID185 ！岩石

R，1，0.4 ！壳的厚度

MP，EX，1，3.0E10 ！壳的材料，C30混凝土

MP，PRXY，1，0.2

MP，DENS，1，2500

MP，EX，2，4.5E8 ！保留岩石的材料

MP，PRXY，2，0.32

MP，DENS，2，2700

MP，EX，3，4.51E8 ！挖去岩石的材料

MP，PRXY，3，0.32

MP，DENS，3，2700

（5）建模。

在此采用由底向上建模方式。先生成关键点，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Model-ing＞Create＞Keypoints＞In Active CS。

再经过点生成弧线，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Lines＞Arcs＞Through 3 KPs。

通过关键点生成面，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbi-trary＞Through KPs。

至此生成隧道部分的面。

再通过路径Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Rectangle＞By2 Cor-ners，生成周边的岩体面模型。

命令流如下。

K，，0，0 ！生成关键点

K，，0，3.85

K，，0.88，5.5

K，，2.45，6.15

K，，4.02，5.5

K，，4.9，3.85

K，，4.9，0

LARC，1，2，6，8.13 ！定义两点之间的圆弧线

LARC，2，3，6，3.21

LARC，3，4，6，2.22

LARC，4，5，2，2.22

LARC，5，6，2，3.21

LARC，6，7，2，8.13

LARC，7，1，4，6

A，1，2，3，4，5，6，7 ！产生面1

BLC4，-12，-12，28.9，30.15 ！产生面2

BLC4，-25，-12，13，30.15 ！产生面3

BLC4，16.9，-12，13，30.15 ！产生面4

BLC4，-25，-30，54.9，18 ！产生面5

/PNUM，AREA，1

AOVL，1，2，3，4，5！布尔操作重叠，得到面3

NUMMRG，ALL，，，，LOW

NUMCMP，ALL

得到隧道几何模型如图19-4所示，全部平面模型如图19-5所示。

图19-4 隧道面

图19-5 全部平面模型

接下来，为现有的几何平面划分网格，并最终拉伸成体。

其中隧道口周边岩体，即面5有洞口（见图19-6），不方便划分，因此需要进行面的分割。从洞口4个角点向4个方向分出4条直线，如图19-7所示。

再利用直线进行面的切割，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Boole-ans＞Divide＞Area by Line。切割后的模型如图19-8所示。

通过路径Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞Concatenate＞Lines将洞顶4段弧线连接成一条弧线。通过各边线进行网格尺寸控制，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞ManualSize＞Lines＞Picked Lines。为待划分的各面赋予相应的属性，路径为Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Areas。

图19-6 带洞口的面5

图19-7 辅助切割直线

具体操作见命令流。

L，1，8 ！从4个角点上连接出4条线

L，7，9

L，6，10

L，2，11

LSEL，S，LINE，，21，22，1 ！用线分割面

LSEL，A，LINE，，7

ASBL，5，ALL ！切分命令

LSEL，S，LINE，，21，24，3

LSEL，A，LINE，，1

ASBL，7，ALL

LSEL，S，LINE，，22，23，1

LSEL，A，LINE，，6

ASBL，8，ALL

NUMMRG，ALL，，，，LOW ！对重合的各元素及编号进行合并处理(www.daowen.com)

NUMCMP，ALL

LSEL，S，LINE，，2，5，1 ！选择分段的弧线

LCCAT，ALL ！进行线的连接

LESIZE，ALL，，，3 ！设定直线划分份数

LSEL，S，LINE，，9，11，2

LSEL，A，LINE，，6

LSEL，A，LINE，，1

LESIZE，ALL，，，8

LSEL，S，LINE，，8，10，2

LSEL，A，LINE，，7

LESIZE，ALL，，，12

LSEL，S，LINE，，21，24，1

LESIZE，ALL，，，10，2

！对面进行划分

TYPE，2 ！为待划分的面设定单元类型

ASEL，S，AREA，，5，8，1 ！选择面5～8

AMESH，ALL ！划分面

ASEL，S，AREA，，1

AMESH，1

LSEL，S，LINE，，12，13，1 ！通过直线控制划分份数

LESIZE，ALL，，，8

LSEL，S，LINE，，15，18，1

LESIZE，ALL，，，6，2

ASEL，S，AREA，，2，3，1

AMESH，ALL

LSEL，S，LINE，，14

LESIZE，ALL，，，24

LSEL，S，LINE，，19，20，1

LESIZE，ALL，，，6，2

LSEL，S，LINE，，15，17，2

LSEL，A，LINE，，8

LCCAT，ALL！连接直线

ASEL，S，AREA，，4

AMESH，ALL

LSEL，S，LCCA ！选择通过连接生成的直线

LDELE，ALL！删除直线

NUMMRG，ALL，，，，LOW

NUMCMP，ALL

ALLSEL

至此得到平面模型，如图19-9所示。

图19-8 切分后的面

图19-9 划分网格

接下来，将已划分好的平面模型拉伸为立体模型。通过路径Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Elem Ext Opts，设置拉伸方向的网格数为10。

通过路径Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Lines＞Along Lines，选择隧道壁弧线，将其拉伸为沿洞深的隧道护壁面。再为其设定单元类型为SHELL181，划分网格。

其他岩体部分的拉伸方法类似，只是均由面拉伸成体，并且直接赋予单元类型及材料属性。

路径：Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Extrude＞Areas＞Along Lines。

命令流如下。

！首先拉伸成壳单元 ！定位辅助点

K，1000，，，-50

L，1，1000

/VIEW，1，1，1，1

/REPLOT

EXTOPT，ESIZE，10，0， ！设置拉伸的单元份数

LSEL，S，LINE，，1，7，1 ！选择洞壁线

ADRAG，ALL，，，，，，25 ！拉伸

GPLOT

TYPE，3 ！设置单元类型

REAL，1 ！实常数

MAT，1 ！材料种类

ASEL，S，LOC，Z，-25 ！选择隧道壁

APLOT

LSEL，S，LOC，Z，-25 ！

LESIZE，ALL，，，10 ！设置划分份数

MSHAPE，0，2D

MSHKEY，1

AMESH，ALL ！划分洞壁单元

！拉伸岩石的实体

ASEL，INVERT ！反选当前面

APLOT ！得到岩体面

EXTOPT，ESIZE，10，0， ！设置拉伸属性

EXTOPT，ACLEAR，1

TYPE，4

MAT，2

ASEL，R，AREA，，2，8，1

VDRAG，ALL，，，，，，25 ！拉伸

ALLSEL

！挖去部分岩石的实体

MAT，3

VDRAG，1，，，，，，25

EPLOT

NUMMRG，ALL，，，，LOW

NUMCMP，ALL

得到的岩壁模型如图19-10所示，拉伸后的有限元模型如图19-11所示。

图19-10 岩壁模型

图19-11 有限元模型