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。     

空间网格结构的自动成形

依据形式代数（ｆｏｒｍｅｘａｌｇｅｂｒａ）理论，用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制了实用程序，使外形比较复杂的球面网壳、椭球形网壳、双曲抛物面形及筒壳等形式的网格结构能够利用计算机自动成形，避免了以往冗长、单调且易于出错的结构成形工作，与计算机辅助图形相结合，既直观又便于修改和检查．通过工程实例来说明形式代数在空间网格结构自动成形中的优越性和很强的实用性．     

新型六杆四面体扭网壳的构形、静力和稳定性能

提出了一种基于投影平面为四边形的六杆四面体单元组成的新型扭网壳(简称六杆四面体扭网壳),研讨了六杆四面体扭网壳结构的构形,它构造简单,节点和杆件数相对较少,网格抽空率高,兼有单层和双层网壳的优点.针对上、下弦节点为半刚接半铰接六杆四面体单块扭网壳作了静力和线性与非线性稳定性分析,结果表明上弦杆全部受压,下弦杆全部受拉,腹杆除周边一、二圈局部杆件受压外大部分也都受拉,各类杆件内力变化幅度很小,有利于杆件截面选配,提高材料的利用效率.结构的整体刚度好,结构的双非线性稳定系数对比于相应特征值屈曲系数降幅很小,用钢指标优越.这类网壳结构在两种网格抽空方式的单块扭网壳、三种形式的四块组合型扭网壳和一种两块组合型扭网壳中有推广应用的前景.     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性,并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型;采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明,索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群;结构各组群振动的自振频率相对集中,其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

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.     

双层球面网格扁壳的非线性稳定性分析

基于等效夹层壳思想的双层网格扁壳非线性弯曲理论,采用伽辽金方法对双层球面网格壳体在均布压力作用下的非线性稳定性问题进行研究,得到了简支边界条件下双层球面网格扁壳的非线性载荷-位移关系式和临界屈曲载简的解析表达式,并讨论网壳结构几何参数对临界屈曲载荷的影响。     

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。     

双层双曲抛物面网壳结构的非线性稳定性

基于等效夹层壳思想的双层网格扁壳非线性弯曲理论,对鞍形双层双曲抛物面网格壳体在均布压力作用下的非线性稳定性问题进行了研究,采用伽辽金方法求得了简支边界条件下双层双曲抛物面网格壳的非线性载荷-位移关系式和临界屈曲载荷的解析表达式,同时讨论了网壳结构几何参数对临界屈曲载荷的影响.     

双层圆柱面网壳的抗震性能研究

采用三维地震理论和振型分解反应谱法,对目前两种常用的网格形式的双层圆柱面网壳分析了几十个具体算例,找出它的动力特性变化规律和主要影响参数,用回归分析方法建立基频近似计算公式,提出了地震反应主方向判别原则．双层圆柱面网壳的抗震性能研究@张锦虹@陈扬骤     

空间板壳结构的有限元网格自动生成

本文对空间板壳结构的有限元网格自动生成进行了研究,讨论了结构整体网格的拼合及可展曲面的网格自动生成等问题,并提出了一个新的二维三角形网格自动生成算法,算法具有精确拟合边界、多连通域处理及局部网格加密等功能.     

基于多重响应的大跨度空间网格结构重要构件评估方法

为统一大跨度空间网格结构在进行连续性倒塌分析时移除构件的判别方法.基于稳定与强度失效模式,给出大跨度空间网格结构重要构件初选范围的选取方法.在此基础上提出了基于初选范围的多重响应分析法,并将该方法通过算例进行验证后应用于世界大学生运动会主体育场中,得到此类折面空间网格结构的重要构件分布.该分析结果与实际工程的设计结果吻合较好.研究表明:基于初选范围的多重响应分析法简单实用,能够快速全面地评估大跨度空间网格结构中构件的重要性,弥补了现有方法只考虑单一结构响应的不足,解决了目前连续性倒塌分析中初始失效构件判别没有统一标准的缺陷,使备用荷载路径法得到了更广泛的应用.     

基于Gauss径向基变换的非平稳空间结构估计

为克服空间变换的非参数化估计方法存在双射约束不严格和计算度高的缺点,提出在非平稳空间变异结构估计中,基于Gauss径向基变换的空间变异结构参数化估计算法。该算法通过参数限制保证了空间变换的双射特性,利用时间维的统计特性对变换参数进行降维,降低了运算复杂度。在火烧油层温度分布预测应用中,对比泛Kriging算法,采用该算法可获得更加精确的空间预测结果,可以在较低的运算代价下得到双射限制下的非平稳空间变异结构估计。     

大跨度空间结构的进展

综述目前国内外大跨度屋盖结构，包括索结构、薄壳结构、（平板、曲板）网架结构和膜结构（充气结构）的进展，可供选择建筑、结构方案时参考     

既有空间结构位形推算的随机偏差方法

根据未测节点空间位置的不确定性和随机分布特性,提出了结构位形推算的随机偏差方法.结合空间结构特点,给出随机偏差方法的抽样测点选取原则和最小样本容量确定方法.基于概率论及数理统计理论,给出随机偏差方法的偏差分布推断方法.引入先验信息概念,基于贝叶斯统计理论,给出有先验信息条件下的参数推断方法.对实际网壳结构采用该随机偏差方法推算结构实际位形,并进行整体稳定性分析,结果表明基于随机偏差方法的鉴定分析结果更符合实际.     

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.     

基于多尺度模拟的网壳结构地震损伤过程分析

近年来突发事件作用下网壳结构的倒塌事故屡有发生,如何开展此类结构在地震作用下的抗倒塌机理研究已成为确保工程结构安全的重要课题之一。为研究地震作用下空间网格结构的倒塌过程及破坏行为,进而揭示结构的倒塌机理,以网壳结构为研究对象,基于结构多尺度模型,模拟网壳结构地震作用下损伤演化的全过程。计算结果表明:多尺度损伤模型能够兼顾结构整体上的线弹性响应和局部易损部位上的塑性损伤特征,从而更有效地模拟结构的损伤破坏过程。     

基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究

利用ANSYS参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型,在ANSYS FLUENT中对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算,得到换热器壳程流体温度场、速度场和压力场;分析了折流板间距及弦高对换热效率和壳程流体压降的影响,对于设计传热效率高、流体阻力小的换热器进行了有益探索。     

基于微元件键合图库的微机电系统动态建模与仿真

为了更好地支持微机电系统(MEMS)TopDown设计流程,针对MEMS仿真中的多能量域与非线性特点,采用键合图场元件与结型结构设计并实现了一个集中参数表达的MEMS键合图仿真元件库,同时基于该元件库提出了一种MEMS动态系统建模与仿真方法.采用参数化仿真模型与结构化体系构建的元件库,为MEMS设计流程中的概念设计阶段与系统级设计阶段的快速建模与仿真提供了方便,同时元件库内的所有元件均与MEMS器件级设计中的结构特征具有映射关系,这为用户需求空间功能原理空间结构空间之间的设计空间映射提供了方便.通过一个静电间隙执行器的系统建模过程与仿真结果,验证了利用该元件库进行建模与仿真的有效性.