2-隧道衬砌

图 1 隧道衬砌例题模型

利用FX+里提供的隧道截面模板及多样化的建模工程生成如图1所示的隧道衬砌模型。 由于此例题只是为了熟悉FX+的使用方法，所以其单位与尺寸并无实际意义。

1

建模方法

󰂔在模型窗口中的空白处

点击鼠标右键调出关联菜单。

移动工作平面

为了建立二维隧道截面将工作平面移动到基准位置。 1. 关联菜单里选择移动工作平面…。󰂔 2. 移动工作平面对话框里选择基准面表单。 3. 工具条的选择过滤里确认指定为‘基准面’。

4.

在模型窗口或者树形菜单的工作目录树中的基准里选择‘XZ-平面’。 (参考图2 )

5. 勾选定义原点并输入‘0, -200, 0’。 6. 点击

。

XY-平面 YZ-平面 XZ-平面 选择过滤(工具条)

基准树形菜单(基准)

图2 选择工具条, 工作平面和树形菜单里关于基准的选择方法

Ô

FX+里当选择某个体时如果将鼠标放到个体上，个体就会自动亮显为蓝色，此时若点击左键就会选中该个体。由于可以累加选择多个个体所以只要点击想添加的个体即可。也可以通过其它方法像拖动模型窗口来进行选择，而且不单单在模型窗口里可以选择，在工作目录树里也同样可以选择。解除选择时可以再选择一下或者点击 解除选择。通常会设定为 选择状态，若未点击选择按钮是无法选择的。

2

Ô 通常情况下在模型窗口中显示整体坐标系(GCS)和单元坐标系(WCS)以及栅格。整体坐标系的X, Y, Z轴分别显示为红、绿、蓝色。在工作平面上可以通过点击关联菜单中的开关GCS三角标, 开关WCS三角标来进行显示及隐藏。在模型窗口中调出关联菜单通过点击开关栅格也可以显示隐藏栅格。

Ô

由于基准是成为各种计算和测量标准的点、轴、平面，是指定模型形状的几何位置的标准。FX+里新建项目时基本上提供整体坐标系的原点、X、Y、Z轴及XY, YZ, XZ平面内的基准。用户可以利用几何 > 基准的子菜单来定义新的基准。

3

󰂔隧道截面模板只在工作平面的x, y轴建立形状所以需要注意工作平面的x, y方向。

二维隧道

利用二维隧道截面模板在工作平面上建立2个隧道截面。 1. 点击前视图。

2.

主菜单里选择几何 > 曲线 > 在工作平面上建立 > 二维隧道(线组)…

3. 隧道类型里选择‘3心圆’。 4. R1, R2处分别输入‘100’。 5. 位置的截面中心处输入‘0, 50’。 6. 取消勾选生成线组后点击预览按钮确认生成的隧道截面形状。

7. 点击

完成第一个隧道截面。

8. R1, R2处分别输入‘65’, ‘60’。 9.

位置的截面中心处输入‘0, 50’。

10. 同样取消勾选生成线组后点击完成第二个隧道截面。

.

图 3 根据工作平面的x, y的方向确定的隧道截面形状

4

删除

删除两个隧道截面的下端线。 1. 2. 3. 4. 关联菜单里选择开关栅格。(隐藏栅格) 在两个隧道截面里点击下面的线。

调出关联菜单选择Delete或者直接按键盘的Delete键。 删除对话框里点击

。

图 4 删除2个线的过程

5

󰂔 线组是线的组合，可以是一条线也可以是多条线。

图 5 将隧道截面的线组合成线组的过程

(单线连接) (多个连接)

生成线组

将构成2个隧道截面的线分别生成线组。 1. 主菜单里选择几何 > 曲线 > 生成线组…。 2. 选择外面隧道截面的线(E1, E2, E3)后点击。

3. 方法指定为‘单一个体’。

4.

点击里面隧道截面的线(E4或者E6)中的任意一个后点击

。

E2

W1

E5

W2

E1

E4

E6

E3

Ô

此例题中的2个线组都是由三条线组成的。在模型窗口及树形菜单中虽然只显示两个线组，但是具体状况不同有时在选择过滤里如果指定为线的话，也可以单独选择线组中所包含的子形状线。

<生成线组>对话框里多个个体是直接指定所有需要生成线组的线，而单一个个体是在要生成线组的连接着的线中只选择两端中的一条即可，这样程序就会根据连接的状况生成线组。但是如右图所示的状况下若使用单个个体，则会把所有的个体都连接成一个线组，很容易产生错误的。 单一个体 应用1 单一个体 应用 2

图 6 生成线组时使用单个个体的应用情况

6

󰂔图7中对于(1)来说由于最短距离已经为0，所以无法移动，对于(2)来说对象形状距离上端最近，所以移动的结果与我们的初衷不符。

粘贴

为了将两个线组的下端都位于整体坐标系的XY平面上所以移动两个线组。 1. 主菜单里选择几何 > 转换 > 粘贴形状…。 2. 点击“选择粘贴形状”选择两个线组。

3. 点击“选择目标形状”后在选择过滤里指定为‘基准平面’。 4. 模型窗口或者工作目录树的基准里选择‘XY-平面’ 。 5.

点击

后指定的两个线组会移动到整体坐标系的XY平面上。

Ô

粘贴形状是将对象形状按最短距离移动并粘贴到目标形状上的功能。若勾选粘贴距离只有当两形状的最短距离小于粘贴距离时才能执行此命令，若不勾选粘贴距离无论距离多少都会将对象形状粘贴到目标形状上。

由于粘贴形状功能是以最短距离为基准来移动对象形状，所以在此例题中两个线组必须位于XY-平面的上方(+Z轴方向)。 XY-平面

XY-平面

(1) 未移动时 (2) 移动错误时

图 7 根据不同的相对位置进行粘贴形状的结果

Ô

FX+里所谓的形状并不是从顶点、线、线组、面、面组及实体中用来生成上一级形状，而是代表独立存在的个体。对于前面生成隧道截面中的三个线来说生成线组以前的三个线由于都是独立存在的个体所以称之为形状，但是生成线组以后变成了线组的子形状所以就不再是形状了，相反生成的线组为独立的形状，所以线组成为了形状。 Ô

像这样的二维衬砌模型由于需要将两个形状的底端准确的对齐，为了避免利用各种几何运算所带来的微小的误差，与其我们手动来对齐各个体，不如利用粘贴形状功能来准确的对齐各位置。

7

移动

将里面的线组(W2)移动到隧道连接通道的中心位置。 1. 2. 3. 4.

点击 轴测图。

主菜单里选择几何 > 转换 > 移动复制…。 点击“选择对象形状”选择里面的线组。

点击“选择方向”在模型窗口或工作目录树的基准里选择‘Y-轴’。

5. 6. 7. 8.

距离处输入‘200’后点击。

重新在主菜单里选择几何 > 转换 > 旋转。 点击“选择对象形状”选择里面的线组。

点击“选择旋转轴”在模型窗口或工作目录树的基准里选择‘Z-轴’。

9.

角度处输入‘90’后按。

8

扩展

利用两个线组扩展成隧道的形状。 1. 2.

主菜单里选择几何 > 生成几何体 > 扩展…。

工具条的选择过滤里指定为‘线组’后点击“选择扩展形状”选择线组W2。(参考图5)

3. 工具条的选择过滤里确认指定为‘基准轴’之后点击“选择扩展方向”在模型窗口或工作目录树的基准里选择‘X-轴’。

4. 5. 6. 7.

长度处输入‘250’, 名称处输入‘Tunnel 2’。 点击点击

预览按钮确认生成的形状。

扩展成Tunnel 2。

点击“选择扩展形状”并在选择过滤里指定为“线组”后选择线组W1。

8. 工具条的选择过滤里确认指定为‘基准轴’之后点击“选择扩展方向”在模型窗口或工作目录树的基准里选择‘Y-轴’。

9. 长度处输入‘400’, 名称处输入‘Tunnel 1’。

预览按钮确认生成的形状。

扩展成Tunnel 1。

10. 点击11. 点击

W2

W1

Tunnel 1

Tunnel 2

图 8 将线组扩展成面组的过程

9

󰂔显示

针对个别的个体也可仪/隐藏，隐藏的个体有灰色标记。

Ô Tunnel 1和Tunnel 2是分别由三个面组成的面组，面和面组的关系就像Tunnel 截面里线和线组的关系。

线 线组 由1个曲线方程来定义 组 线的组合 [生成线组 ] 扩展 扩展 组 面 [缝合] 面组 由1个曲面方程来定义 面的组合 Ô 线和线组统称为“曲线”，面和面组统称为“曲面”。

Ô

不利用几何 > 曲线 > 生成线组…将构成各隧道截面的线生成线组时需要将三条线分别扩展成三个面。扩展之后利用与将三条线生成线组类似的几何 > 曲面 > 缝合… 菜单将三个面生成面组。

隐藏

隐藏扩展两个面组时使用的线组。 1. 点击工作目录树的几何 > 曲线选择隐藏全部隐藏所有的曲线。

图9 工作目录树中调整显示/隐藏

10

󰂔 修建两个曲面对话框中的修剪1和修剪2里指定是否修剪对象形状。

󰂔不点击旋转图标直接按住Ctrl键点击右键时在模型窗口中可以动态旋转。

󰂔按键盘的左Ctrl键加上鼠标左键可以动态缩放，按Ctrl键和鼠标滑轮(中键)可以平移。

修剪两个曲面

在两个面组之间进行一下修剪以删除不必要的部分。 1. 主菜单里选择几何 > 曲面 > 修剪两个曲面…。

2.

点击“选择对象形状1”，确认工具条的选择过滤指定为‘面组’后选择面组Tunnel 1。

3. 点击“选择对象形状2”，确认工具条的选择过滤指定为‘面组’后选择面组Tunnel 2。

4. 勾选修剪 1的 Out。󰂔 5. 点击预览按钮确认生成的形状。 6. 点击

旋转查看修剪后的形状。󰂔

7. 确认勾选缝合结果形状。 8. 确认勾选删除原形状。 9.

名称处输入‘Temp’。

10. 点击

。

Trim-In

Trim-Out

Trim-Trim- 图 10 通过修改修剪的方向查看模型的过程

Ô

In, Out, 全部是以对方形状的法向为基准指定是否修剪的选项。例如修剪1中的In, Out, 全部选项就是对于对象形状1根据交叉线所分割成的各部分里

11

要修剪位于对象形状2的里面、外面和两边哪一部分。当然通过预览按钮来查看修剪后的形状，这样就可以确认面组Tunnel 1是否与预期的有所不同。 Ô

由于我们在执行操作时勾选了删除原形状和缝合结果形状所以在工作目录树的曲面里只留有一个面组。缝合结果形状是决定是否缝合修剪后的两个面的选项。删除原形状是决定是否保留原来形状的选项。

Ô

不勾选删除原形状时会自动隐藏所有原来的形状。如果在显示原形状的状态下执行操作的话由于原形状与修剪后的形状重复位于同一位置，有时会导致不必要的出错（特别是选择过程中容易出错），所以尽可能时期保存隐藏状态。如果在显示原形状的状态下执行操作一定要注意选中了哪些形状。若断定不再需要原形状即可勾选删除原形状来删除没必要的两个原形状。

12

󰂔当线连续时只要选中其中的一条线程序就会自动的倒角与此线相连的所有的线。

倒角

利用倒角来生成两个隧道的加腋部分。 1.

主菜单里选择几何 > 编辑几何体 > 倒角…。

2. “选择倒角线”状态下选择交叉部位的任何一条线。󰂔 3. 倒角长度 1和倒角长度 2处输入‘25’。 4.

点击

。

13

󰂔 为了便于识别面隐藏面等值线。

三维直线

利用直线连接底部开口部分生成底面。 1. 模型窗口里选择曲面Temp。

2. 关联菜单里选择显示模式 > 线框架。 3.

重新在模型窗口里选择曲面Temp。 4. 点击视图窗口中的

面等值线（非激活状态）。󰂔

5. 主菜单里几何 > 曲线 > 建立三维 > 三维直线…。 6. 点击

顶点捕捉。

7. 参考图12连接外面显示开口的地方，共生成三条直线。 8.

在三维直线的对话框中点击

。

Ô

几何 > 曲线 > 在工作平面上建立的子菜单中有在二维平面上建立曲线的功能，几何 > 曲线 > 建立三维的子菜单中有建立三维空间曲线的功能。

14

󰂔 参考图12的右侧查看是否生成底面。

󰂔将若干个曲面生成一个面组时利用缝合功能。

󰂔缝合后的自由线(1个面上的线)用粗线表现。

平面

1.

点击 右视图。

2. 主菜单里选择几何 > 曲面 > 建立 > 平面…。

3. 在模型窗口中拖动窗口选择底面上的所有的线（共10条）。 4. 点击。 5.

点击

轴测图。󰂔

缝合

将两个面组缝合成一个面组。 1. 主菜单里选择几何 > 曲面 > 缝合…。󰂔

2.

“选择缝合曲面”状态下选择两个面组Temp和平面面。 3.

点击

预览按钮确认是否如图14的左图所示只有在三个出口处才

有自由边。󰂔

15

图 12 通过建立线来生成底面的闭合形状及通过平面来生成的底面形状

4. 5.

名称处输入‘隧道衬砌’。 点击

。

Ô Ô

属于面的上一形状(面, 面组, 实体)中的线共有三种类型。 • 自由线: 只属于1个面内的线 • 流线边线: 同属于两个面的公共线。 • 非流线边线: 同属于三个以上面的公共线。

另外各线的类型在几何 > 检查形状…菜单里可以查看。此菜单选中对象后才能激活。

缝合功能是保留原有形状的状态下单独生成缝合形状。若不需要缝合前的形状可以勾选删除原形状进行删除。

流线

自由线

非流线

图 13 线的类型

图 14 在缝合的预览里可以查看自由线和最终模型形状

16

生成网格

󰂔 利用在此指定的顺序在各面上生成映射网格。此时从X方向最小处开始生成面，如果X方向上有冲突的时候就按照Y最小处开始生成面。

󰂔 为了快点建模我们只是临时生成了特性，其实为了进行分析我们需要输入准确的特性值。

映射网格

栅格网格

图 15 各部分的网格生成方法

映射网格

1.

主菜单里选择网格 > 映射网格 > 面…。 2. 点击“请选择面”选择除底面以外的12个面。 3. 网格尺寸的单元尺寸确认输入‘10’。

4. 勾选对象面排序, 确认坐标顺序指定为x, y, z 。󰂔 5. 特性(第一个输入栏)处删除‘0’后输入‘1’。󰂔 6.

网格组里勾选子网格删除‘映射网格（面）’后输入‘隧道衬

砌’。

7. 点击预览按钮确认生成的映射网格的形状。

8. 取消勾选划分网格后隐藏对象面。 9.

点击

。

17

󰂔 利用此方法可以使即将生成的网格的特性与已经生成的网格特性相同。

󰂔 生成如图16所示的网格。

自动划分网格

1. 主菜单里选择网格 > 自动划分网格 > 面…。 2. 点击“请选择面”选择底面。

3. 网格划分方法指定为‘栅格网格法’。 4. 类型指定为‘四边形+三角形’。 5. 网格尺寸的单元尺寸处输入‘10’。 6.

点击特性右侧的按钮选择映射网格中生成的任意一个单元。󰂔

7. 点击网格组

按钮选择通过映射网格生成的‘隧道衬砌’网格组

并取消勾选子网格。󰂔

8. 点击预览按钮确认各线上的节点分布状况。 9.

点击

。

图 16 完成的网格

18

1.

工作目录树的网格里如图17所示注册了生成的网格个体。点击此网格可以在特性窗口里查看节点、单元个数等信息。

2.

主菜单里选择文件 > 保存… 保称为 2 隧道衬砌文件。

图 17 有关网格的特性窗口

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