六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计

根据局部双层球面网壳的特点和离散变量结构优化设计的思想,采用序列两级算法编制FORTRAN形状优化程序。优化程序可以通过调用ANSYS分析计算模块进行静力分析。
对六种局部双层球面网壳在不同跨度、不同矢跨比条件下进行了形状优化设计。对比六种典型带肋局部双层球面网壳形状优化结果,分析了六种结构耗钢量随环向重复区域份数、径向节点圈数和矢跨比的变化规律；研究了在同一跨度,相同双层区域厚度时,不同网壳类型的耗钢量随矢跨比的变化规律。
大量建模实例表明,该参数化建模方法和建模程序简单、高效、实用,极大方便了局部双层球面网壳静力分析及多种结构优化设计方案的分析比较。在六种典型带肋局部双层球面网壳参数化建模基础上,对六种典型带肋局部双层球面网壳进行了静力分析,对比相同几何参数、相同位移约束及加载条件下,局部双层球面网壳的静力分析结果,分析了六种典型带肋局部双层球面网壳的最大位移和最大应力出现的位置和分布规律,为局部双层球面网壳优化设计提供了依据。
六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计
网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的特点,受力合理、跨度大、造型丰富Baidu Nhomakorabea观、应用前景广阔。但是网壳结构的造价较高,因而对其进行优化设计很有必要。
本文在六种典型单层球面网壳主要承重结构上设置双层主肋,形成六种典型带肋局部双层球面网壳。通过研究六种典型带肋局部双层球面网壳的网格生成规律,应用大型有限元软件ANSYS的APDL语言编制相应宏程序,实现了六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模；编制输入界面,只需输入局部双层球面网壳五个几何参数(矢高F、跨度S、环向重复区域份数Kn、径向节点圈数Nx、双层区域厚度T),即可得到所需局部双层球面网壳模型。
优化结果分析表明：在大跨度时(跨度90m到120m),矢跨比在1/4或1/5时,六种局部双层球面网壳耗钢量最小：在小跨度时(跨度30m到50m),肋环型、三向格子型、凯威特型和短程线型带肋局部双层球面网壳耗钢量较小：中大跨度时(跨度60m到120m),凯威特型和短程线型带肋局部双层球面网壳耗钢量较小。研究结果对网壳结构工程设计具有指导意义。