蜂窝网格型球面网壳的非线性稳定性研究

针对单层蜂窝网格型球面网壳利用有限元软件ANSYS对其进行了非线性稳定性研究.首先对两类蜂窝网格型球面网壳的稳定性能进行对比分析,确定了一种比较合理的网格布置形式.然后进行参数分析,分析了跨度、矢跨比、网格大小、初始缺陷、荷载不对称分布和材料非线性对网壳稳定性的影响.研究发现:在两类蜂窝网格形式的球面网壳中,网格Ⅰ型的整体稳定性能更好;分析建议其跨度不宜大于40m,矢跨比取0.25左右,杆件长度取2m左右,此时网壳整体稳定性较好,材料利用率较高;材料非线性对单层蜂窝网格型球面网壳的稳定承载力影响显著,考虑材料非线性后,网壳稳定承载力下降达50%;网壳对初始缺陷非常敏感,其理论最大缺陷值为跨度的1/150,此时网壳极限承载力最大下降达52%左右;网壳结构对荷载不对称分布不敏感.     

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.     

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.     

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。     

双层柱面组合网壳的滞回特性模拟

针对单层网壳跨度小和双层网壳耗钢量大的缺点,应用大型通用有限元软件ANSYS对双层柱面组合网壳进行了滞回特性分析。介绍了双层柱面组合网壳具有跨度大和低耗钢量等。它充分利用了混凝土的高抗压强度和低廉的造价,采用钢筋混凝土上弦板来代替一般网壳的上弦杆,从而形成了一种钢结构与钢筋混凝体结构协同工作的组合结构,即双层柱面组合网壳。组合网壳是一种受力合理的空间结构,也是一种板系、梁系与杆系协同工作的结构体系。国内外对双层柱面组合网壳结构在地震和低周期反复荷载作用下滞回特性的研究很少,着重对地震和低周期反复荷载作用下的双层柱面组合网壳结构进行研究分析,得出双层柱面组合网壳结构的频谱相当密集;其具有良好的抗震性能,其滞回曲线比较饱满,未发生捏缩现象。双层柱面组合网壳是一种很有发展潜力的结构形式。     

大矢高脊线式叉筒网壳静力及抗震性能分析

运用ANSYS软件对大矢高脊线式叉筒网壳结构进行系统的静力性能分析,详细研究了结构跨度S、矢高f、环向区域份数Kn、径向节点圈数nx对结构静力性能的影响;在此基础上对结构进行自振特性分析和地震响应分析。探讨了跨度、矢高对结构基频的影响规律,及结构环向区域份数、径向节点圈数对结构震后最大位移的影响规律。研究结果表明:大矢高脊线式叉筒网壳静力性能良好,矢高对结构静力性能影响不大,环向区域份数、径向节点圈数对结构静力性能影响较复杂;结构自振频率分布和振型有很强的规律性,结构基频对跨度较敏感;结构抗震性能优越,结构环向区域份数对结构震后最大位移影响较大。     

几种空腹网壳的自振特性理论研究

采用有限元软件ANSYS建立了球面、柱面以及双扁壳三种空腹网壳为算例的三维空间梁单元计算模型,探讨了在结构参数矢跨比、网壳厚度、网格尺寸和杆件截面对空腹网壳动力特性的影响.本文提取了前20阶自振频率和前12阶模态振型,分析了三类网壳自振频率和基本频率在上述参数变化时的变化规律,以及网壳模态振型随阶次增加的振动规律,对空...     

三向球面空腹网壳结构的动力特性研究

三向球面空腹网壳是一种新型的空间结构形式,它可以看成是两个同曲率中心的三向网格球面单层网壳仅通过腹杆相连而成,并且连接上下弦的腹杆都指向曲率中心。采用子空间迭代法对三向球面空腹网壳的自振特性进行了研究,通过改变网壳的矢跨比、厚度、腹杆截面、荷载大小以及支座约束等参数,全面探讨了该结构的动力特性,得到了该结构基频随参数变化规律。     

天津于家堡大跨度单层网壳结构设计与分析

天津于家堡综合交通枢纽站房屋盖采用单层网壳结构,南北向跨度为144,m,东西向跨度为81,m,矢高为25,m,是目前国内跨度最大的单层网壳结构.基于仿生学设计理念,建筑造型模仿贝壳形状和纹理,焊接箱形杆件沿空间螺旋线交织布置.结合于家堡大跨度单层网壳结构,详细介绍了该单层网壳的结构设计和布置形式,并对其稳定性能和动力特性进行了研究,为大跨度、非规则单层网壳结构设计提供工程参考.     

人字形密肋式折板筒壳的静力性能分析

混凝土密肋式折板壳是密肋楼盖和折板结构的杂交体。以这种结构中的人字形筒壳作为研究对象,采用有限元方法进行了大量算例分析,详细讨论了波跨比、短筒壳的矢跨比、横隔刚度和边梁刚度等因素对结构静力性能的影响。分析表明,结构的受力性能类似于柱面筒壳。波跨比不宜大于1．5;对于短筒壳,网格数一定时,矢跨比对挠度和内力的影响较小,建议矢跨比不宜低于1／6;矢高较大时,横隔刚度对结构整体刚度的改善作用不大,边梁刚度对结构挠度和内力影响较大,建议边梁的截面高度按跨度的1／18—1／12。该结论可为类似工程应用提供参考。     

局部双层去顶网壳参数化设计与力学分析

为研究局部双层去顶球面网壳力学性能,进而选出适用于大跨度露天结构的网壳类型,应用ANSYS软件的程序设计语句APDL(ANSYS parametric design language),研制了6类局部双层去顶网壳的参数化模型设计程序,并对6类网壳的静力性能及影响要素做出对比分析.研究结果表明:该模型设计程序简单实用,为结构在不同几何参数下的力学性能分析带来了极大便利;结构几何参数对其力学性能影响较复杂,且网壳最顶圈为结构薄弱部位;联方型在6类网壳中受力性能相对最好,可在大跨度露天结构中优先考虑.     

单层叉筒网壳静力与稳定性研究

为适应作为封闭巨型网格结构大网格的子结构的需要,采用考虑几何非线性的有限元方法,首先对不同矢跨比与起坡度条件下的脊线型叉筒网壳结构进行了稳定性分析,包括失稳模态、极限载荷、屈曲全过程及一系列参数分析;然后分析了不同起坡度条件下结构的静力性能．研究发现：叉筒网壳是一种柔韧性非常好的结构,不会发生跳跃式的脆性失稳;矢跨比为1／6时的稳定性最好,对底面起坡不敏感,是作为封闭巨型结构大网格的子结构的最优矢跨比．     

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

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。     

两种预应力空腹网壳结构的静力特性分析

预应力空腹网壳结构就是在空腹网壳结构的基础上引入预加应力体系而得到的一种性能更优的结构形式。本文利用基于离散化假定的有限元理论,对两种预应力空腹网壳结构进行静力分析,研究预应力的施加对两种空腹网壳结构内力及变形方面的影响。     

正高斯双曲空腹扁网壳连续化模型的等效刚度

对由正交拱架组成的正高斯双曲空腹扁网壳进行分析,探讨了基于连续化计算模型的拟壳分析法,给出正高斯双曲空腹扁网壳的等代薄膜刚度和弯曲刚度的表达式,按弹性小挠度薄壳理论进行分析,建立了正高斯双曲空腹扁网壳的基本方程式.     

斜拉网壳结构的动力特性研究

分析了斜拉网壳这种典型杂交空间结构的自振特性。通过改变网壳厚度、跨度、塔柱刚度和斜拉索刚度等参数,全面探讨了该结构的动力特性,得到一些有规律的结论,可为相关工程设计提供参考。     

不等高跨综合试验厂房的设计与分析

轻钢结构具有自重轻、柱网布置灵活、跨度大、工业化程度高、施工周期短、综合经济效益高等诸多优点,在现代工业厂房建筑中得到广泛的应用.以某不等高跨综合试验厂房设计为例,结合整个设计过程,针对该厂房面积大、跨度大、层高高、局部高低跨的特点,介绍了轻钢结构厂房的结构设计分析与计算,以及注意事项、构造措施.     

基于KBE和有限元模拟优化技术的热收口工艺智能设计

为解决传统收口设计开发主要依靠设计人员的经验而导致开发周期长、成本高的问题,设计并开发了针对热收口工艺的智能设计集成系统,将基于知识的工程和基于规则的推理技术运用到收口工艺三维设计中.通过特征识别等智能设计技术,推理出收口前坯料的初始形状,实现了CAD/CAE的集成;运用有限元软件对初始设计进行正向模拟,并自动根据模拟结果,应用优化算法对收口模具内形和收口前坯料进行修改;通过迭代优化后获得合适的收口模具内形和收口前坯料的设计.通过实例证明,集成智能设计系统能使设计的收口工艺方案更加合理、可靠,避免反复重新设计和验证修改,并减少设计人员的工作量,能极大地提高收口产品设计的设计效率.