基于Grasshopper插件的双层网壳结构参数化设计建模

基于犀牛(Rhinoceros)软件及Grasshopper插件,针对双层网壳结构的特点,探讨双层网壳结构参数化建模设计的实现过程。研究表明,运用参数化设计手段可快速进行双层网壳结构的内外层壁找型、体量生成、细节优化与三维模型打印,可为推广至复杂大跨度空间网壳结构的建筑设计提供参数化建模参考。     

拉杆式柱面温室网壳的稳定性能分析

双向网格型单层柱面网壳透光好,耗钢量低,适用于温室结构设计.为了进一步拓宽网壳跨度,通过布置拉杆的方式确保网壳具有足够的刚度,开发了大跨度拉杆式单层柱面温室网壳体系.本文以大规模参数分析作为研究手段,利用通用有限元程序ANSYS以及自编的前后处理程序,针对拉杆式柱面温室网壳开展800余例非线性全过程分析,通过结构极限承载力论证布杆方式的有效性,考察了屈曲模态、塑性发展分布等特征响应,总结长宽比、矢跨比、拉杆预应力、初始几何缺陷、荷载不对称分布等因素对温室网壳弹塑性稳定承载力的影响规律.为使温室网壳安全可靠度可以得到有效的保证,做到充分考虑初始几何缺陷对网壳结构稳定性能的影响,文中采用"3σ"原则对塑性折减系数进行重新核定,取值范围为0.60~0.88.     

基于有限质点法的双层柱面网壳强风作用下倒塌破坏研究

采用有限质点法研究空间柱面网壳在强风作用下的倒塌破坏性能.推导了有限质点法基本方程和三维空间单元的内力计算公式,给出了利用该方法分析结构几何非线性、材料非线性的具体过程,建立了断裂模型和断裂准则.在破坏过程模拟中,考虑风速风压模拟的空间三维相关性,运用线性滤波器法中的自回归(AR)模型编写程序模拟脉动风速与风压,实现了强风作用下双层柱面网壳的倒塌全过程分析.基于结构倒塌模拟结果,建立衡量结构倒塌破坏的控制指标,对双层柱面网壳的结构参数进行优化,提高了双层柱面网壳的抗倒塌性能.     

132m跨双层圆柱面网壳的非线性稳定分析

以132 m跨国内最大的干煤棚双层三心圆柱面网壳为研究对象,采用ANSYS有限元分析程序研究其稳定性。在计算中,考虑了载荷作用方式及结构的几何缺陷等因素对网壳稳定性的影响。研究表明:竖向载荷的分布方式对网壳的屈曲载荷影响不大,但对屈曲模态影响较大;满跨水平载荷的屈曲载荷仅为满跨竖向的56%;网壳的屈曲载荷均随结构几何缺陷的增加而减小,且几何缺陷对水平载荷作用下屈曲载荷的影响大于对竖向载荷作用下的影响。     

复合材料板锥网壳结构的受力性能分析

研究了复合材料板锥网壳结构的受力性能,采用ANSYS有限元软件对复合材料板锥网壳结构进行线弹性静力分析、极限承载力(整体稳定)分析和局部屈曲分析,着重研究复合材料层合板在板锥网壳结构中的应用情况,总结其受力性能的规律,确定复合材料板锥网壳结构的主要设计控制因素,得出了在复合材料板锥网壳结构中,主要设计控制因素是层合板的局部屈曲等可应用于工程实践的重要结论.     

大跨度墙架防风网结构动力特性研究

以某港口煤堆场防风网工程中多种类型大跨度墙架防风网结构为原型,基于非线性有限元理论,运用有限元软件ANSYS建立空间有限元模型,利用模态分析研究大跨度墙架防风网结构的动力特性,计算出结构的自振周期及振型,并对基本自振周期数据进行数值拟合,得出此类结构的第1自振周期计算公式及简化估算公式,为此类及类似结构的合理设计参数取值提供了理论依据。     

双曲线型钢结构冷却塔缺陷敏感性分析

参考国内现有规范,考虑几何非线性与材料非线性,利用ANSYS软件对一座高150m的双曲线型钢结构冷却塔进行多种缺陷及多缺陷值下的稳定计算,讨论了单层网壳、双层网壳及不同网格形式下结构的缺陷敏感性.结果表明,单层网壳结构对某些缺陷敏感性高,双层网壳结构中采用三角形网格时的稳定系数最高,四角锥网格的缺陷敏感性最低.     

双层筒形网壳静力分析模型的研究

本文比较研究了正在我国迅速发展的大跨度空间格构式结构—双层筒形网壳静力分析的力学模型.通过采用线性铰结及刚结两种模型分别计算了各种类型的双层筒形网壳,比较分析了两种力学模型计算所得的位移及内力,指出了两种力学模型的应用范围及合理性.分析表明,在实际工程中,可近似按铰结模型进行设计,但对杆件轴力、钢材的允许应力应作适当修正.     

上部面层材料对大跨度预应力双层组合扭网壳结构连续倒塌效应影响研究

为了研究上部面层采用不同材料对大跨度预应力双层组合扭网壳发生倒塌时的影响,建立了双层组合扭网壳的双重非线性模型,钢管本构采用极限承载力模型,研究了杆件失效时不同面层对结构连续倒塌响应的影响程度。以轻质材料及混凝土的厚度和强度作为参数,对比分析了结构的动力响应。分析结果表明:相比轻质材料面层,混凝土材料面层可以提高结构的抗连续倒塌能力并且能够显著减少结构坍塌的范围;当采用厚度120 mm且强度C35的混凝土时,结构整体效能最为明显。     

铝合金双层网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了结构随参数变化的自振特性.采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,研究了铝合金与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下节点的位移响应及杆件的轴力响应.研究结果表明,铝合金双层网壳与钢双层网壳在结构相同情况下,其自振特性基本相同.而地震荷载引起的位移响应,铝合金双层网壳要略大于钢双层网壳,但铝合金双层网壳的杆件轴向应力远小于钢双层网壳的杆件轴向应力,因此用铝合金取代钢材是可行的.     

哥特式建筑风格与现代网壳结构设计的融合—角锥折板网壳参数化设计及形状优化

借鉴哥特式建筑风格和角锥折板网壳特点,采用APDL(ANSYS parametric design language)参数化设计语言,研制了五种不同网格类型的角锥折板网壳参数化设计宏程序,实现了给定跨度S、矢高F、环向对称区域份数Kn和径向节点圈数Nx等参数下,五种类型角锥折板网壳参数化设计。对五种网壳进行了受力性能分析,探究了网壳结构最不利位移、最不利应力随矢高变化规律:并以结构耗钢量为目标函数,以Kn、Nx为设计变量进行了形状优化。建模实例表明该参数化设计宏程序方便、快捷,形状优化设计给出了在跨度、矢高不变时结构耗钢量随网格数变化规律及耗钢量最小的最优网格数。     

单层倒悬链型叉筒网壳静力与稳定性研究

针对以倒悬链线作为交叉柱面准线的单层倒悬链型叉筒网壳,对其常见网格形式结构的静力与稳定性进行比较,得到了结构最佳网格形式.在此基础上,将单层倒悬链型叉筒网壳与圆弧型叉筒网壳进行了静力性能与稳定承载力对比,研究了倒悬链型叉筒网壳的稳定性,包括屈曲模态及杆件截面尺寸、结构几何缺陷、荷载不对称分布与支座约束形式等对结构极限承载力的影响.结果表明,单层倒悬链型叉筒网壳三角形网格形式结构性能最佳;该结构相比圆弧型叉筒网壳具有明显的优越性;初始缺陷对结构稳定性影响较为显著,计算时应考虑1/300跨度的初始缺陷峰值;结构对不对称荷载作用较为敏感;矢跨比为0.50时,网壳的稳定性最好,为最优矢跨比.     

短程线型单层球面网壳结构的参数化建模

短程线型球面网壳的杆长和杆件的夹角最为均匀,杆件受力合理。根据等弧均分法,分析了短程线型球面网壳的几何特性,将直角坐标与球面坐标相结合,利用ANSYS的二次开发技术建立了一种短程线型球面网壳结构的建模方法,编制了相应的宏程序,实现了其参数化建模。该方法具有简单、快捷的优点,用户仅需输入矢高、跨度、扇形个数和频数这些控制参数即可自动生成所需模型,为下一步优化设计和后处理奠定了良好的基础。     

基于增量动力分析方法的单层球壳结构强震损伤分析

为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及其破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,基于增量动力分析方法(dynamic analysis method, IDA),以单层球面网壳结构为研究对象,考虑材料损伤累积效应,模拟网壳结构在地震作用下的倒塌过程,并分析不同杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷、支座约束数量等参数对结构抗倒塌能力的影响。结果表明:强震作用下,考虑损伤后网壳结构的动力极限承载力比未考虑损伤时其极限承载力下降了20%左右,塑性单元比例上升10%左右;其他参数一定时,加强杆件截面以及矢跨比的减小,均能提高网壳的动力极限承载力,网壳对初始几何缺陷十分敏感,缺陷为跨度的1/100时其极限承载力比完整结构降低30%左右,支座约束减半后,损伤累积效应使结构的地震承载力降低10%左右。因此在结构设计之初,应考虑材料损伤累积效应的影响。     

抛物线型单层柱面网壳的非线性稳定性

对抛物线型单层柱面网壳的静力稳定性能进行了研究.比较了抛物线型单层柱面网壳与圆柱面单层柱面网壳和倒悬链线单层柱面网壳的静力稳定性能.对抛物线型单层柱面网壳进行参数分析,并对抛物线型单层柱面网壳进行结构优化.研究表明:与圆柱面网壳相比,抛物线型单层柱面网壳的极限荷载有大幅度增大;长跨比、矢跨比对网壳的极限荷载影响显著;初始几何缺陷对网壳的极限荷载有较大影响;网壳的斜杆相交角在50°左右,网壳的静力稳定性能最好;按等比数列布置拱向网格间距,比值α的取值在0.85到0.95之间时,网壳的静力稳定性能最好.     

不同类型单层球面网壳动力时程分析

利用ansys有限元软件,对60m跨的凯威特、施威德勒、联方单层球面网壳进行弹塑性动力失稳研究。结果表明:阻尼和初始几何缺陷对凯威特和联方网壳影响较大,对施威德勒影响较小;水平地震对结构的影响远大于竖向地震;3种类型网壳中,施威德勒网壳的抗震性能最佳。据此,提出在网壳选择与设计时应降低结构初始几何缺陷,增设阻尼减震隔震构件。     

AutoCAD VBA在大跨空间结构几何造型中的应用

网壳结构节点和杆件的数目繁多，使内力分析模块所需的输入数据大大地增加，这就使工程设计人员难以直观而迅速地检查输入数据正确与否。本文介绍了在AutoCAD2000平台上采用VAB开发工具建立球面网壳几何模型的方法，详述了凯威特网壳几何造型特点及程序实现过程：通过AutoCAD与FEA分析程序的结合，为通用有限元程序中网壳结构的建模提供了一种新方法。     

柱支承预应力局部单双层钢浅网壳的设计与应用

柱支承预应力局部单、双层钢网壳是在预应力网壳的基础上应用等强度壳体理论而形成的一种空间结构形式。文中介绍了其优化、设计计算要点、静动力特性以及技术经济指标。     

带内树状支承柱单层球壳的优化分析

采用遗传算法和拟满应力法,以结构总质量为目标函数,杆件截面积为离散变量,对某带内树状支承柱单层球壳实际工程进行优化分析.通过在强度、杆件稳定和刚度等约束条件下,对优化结果的比较分析及对优化后的球壳结构的几何非线性全过程整体稳定性分析,使设计方案更加经济合理.算例结果表明:刚度条件对球壳结构优化起控制作用,杆件稳定和结构整体稳定性不可忽视;对带内树状支承柱单层球壳结构,要使结构设计方案经济合理,进行优化分析和方案比较是必要的.