基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计
基于ANSYS的施威德勒型球面网壳屈曲特性分析
基于ANSYS的施威德勒型球面网壳屈曲特性分析张宁宁1，阳雄21辽宁工程技术大学土建学院，辽宁阜新（123000）2上海十三冶建设有限公司，上海 (200092)E-mail：znn88888888@摘要：本文主要以最常见的施威德勒型单层球面网壳为研究对象, 用有限元软件ANSYS 对其进行屈曲分析。
屈曲分析分为特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。
屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷。
屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。
预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度，也即弹性屈曲分析方法，确定网壳结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态的形状。
分析结果表明：(1) 把工程结构看成是理想弹性的特征值屈曲分析明显没有考虑初始缺陷和材料非线性、大变形等非线性因素。
非线性屈曲有限元分析应用于工程分析，将更好地估计结构的临界载荷；(2) 结构发生屈曲时，其变形方式会发生分叉，但是这对结构发生失稳时的临界载荷影响很小，在工程分析中若只需要计算结构的临界载荷，则不用过多地考虑这种分叉性。
关键词：屈曲分析，特征值，强度，非线性中图分类号：TU888.81.引言近年来,网壳结构发展迅速、形式多样，网壳结构在大跨度建筑中已越来越多地被利用, 而且具有广阔的发展前景。
网壳结构在达到屈曲载荷之前其位移—变形曲线表现出线性关系，达到屈曲以后曲线将跟随另外的路径[1]。
对网壳这种大型空间结构, 当地震发生时, 由于强烈的地面运动而迫使结构产生振动, 其惯性作用一般来说是不容忽视的。
结构产生的地震内力和位移, 可能造成结构破坏或倒塌, 因此在地震设防区必须对网壳结构进行抗震计算[2]。
屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状的技术。
屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷。
它对网壳结构的稳定性能研究有着重要的意义, 这也是工程实践中急待解决的问题[3]。
单层球面网壳结构的最优设计参数研究
单层球面网壳结构的最优设计参数研究张利伟【摘要】针对单层球面网壳结构工程设计,采用满应力设计方法,选择跨度、矢跨比、网格尺寸和约束条件作为独立变量,分别对每一个变量取一系列的数值进行计算,以最低用钢量为优化目标,得出每一个独立变量的最优设计参数,与规范给出的优化设计参数进行了比较,表明得到的最优设计参数更全面、更详细,可为工程设计提出指导.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2011(037)002【总页数】2页(P31-32)【关键词】优化设计;单层球面网壳;参数;用钢量【作者】张利伟【作者单位】河南大学土木建筑学院,河南,开封,475004【正文语种】中文【中图分类】TU331 概述作为空间结构中最有代表性的结构，单层球面网壳因其结构构造简单，造型丰富，重量轻，受力合理，已经成为大跨度空间结构中一种举足轻重的主要结构形式，在工程结构中得到了广泛的应用。
与此同时，单层球面网壳的优化设计研究已经成为学界和业界研究的热点[1]。
目前对那些设计变量和约束条件较少和简单的小规模结构，其优化设计的研究比较充分，但对像单层网壳这样结构的优化研究却不多。
这主要有三方面的原因:1)在对单层网壳进行有限元分析时，约束条件复杂。
2)如果考虑几何非线性的影响，问题更为复杂。
3)设计变量和约束条件都比较多，优化分析时不易收敛到最优解。
文献[2]在单层网壳的优化过程中，虽然考虑到几何非线性的影响，但约束条件较少;文献[3]的优化模型虽有足够的约束条件，但其中的强度和稳定性约束条件不符合实际情况。
以单层球面网壳的用钢量为目标函数，按照满应力准则设计方法，通过有限元方法进行分析，对单层球面网壳工程设计中的各种参数进行优化。
满应力设计是以结构构件达到满应力准则，使杆件材料得到充分利用的方法[4]。
其设计思路就是对一个一定的结构形式，通过调整杆件的截面尺寸，从而使杆件的受力能力得到充分的发挥。
具体表现如下:对已定型的结构在多种荷载作用下，使结构在总体荷载组合的情况下各杆件最大正应力基本达到材料强度设计值，即满应力状态，此时就认为使满足结构安全可靠条件下重量最轻。
单层球形网壳结构的分析及实验研究
过程 中无法 按 照传统 的网架 结构 或薄 壳结 构设 计
规 范进 行计 算 ． 其 结 构 分 析及 力 学性 能研 究 是 当 前 空 间结构 领域 的 热点 问题 ． 笔 者 以有 限元 法 为 计 算 手 段 ， 将 网壳 的分 析 分 为流 场分 析 和结 构 场 分 析 两 部 分 ． 以单 层 球 形 网壳 结 构 的风 载 为 建模 条 件 ， 首 先 对 网壳 结 构 进
２ ０ｌ ５年
１ 月
郑 州 大 学 学 报 （工 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ｊ ａ
Ｖ０ １ ． ３６ Ｎｏ ．１
文章编 号 ： １ ６ ７ １ — ６ ８ ３ ３ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １— ０ １ ２ ５—０ ４
单 层 球 形 网 壳 结 构 的 分 析 及 实 验 研 究
马 泳 涛 ， 陈天 跃 ，李 伟 ，袁 涛
（ 郑 州大学 机械工程学 院， 河南 郑州 ４ ５ ０ ０ ０ １ ）
系结 构 和薄 壳结 构 的优 点 … ， 被 广 泛应 用 于 中小 型建 筑 、 工业 厂 房 以及跨 度较 大 的展 览馆 、 航 空港
等公 共 建 筑 ， 有 广 阔 的 发 展 应 用 前 景 ． 但 由 于 网壳 结 构 中组成 的 两种基 材 力学 及物 理性 能相 差
替换 实 际 的网壳 结 构 ， 以 获得 精 度 较 高 的 风压 结
ｓ ｈｅ ｌ ｌ ｗｉ ｎｄ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ａ ｎａｌ ｙｓ ｉ ｓ
１ ． ２ 网 格 划 分
单层球面网壳选型优化设计
单 层 球面 网壳选 型优 化 设 计
刘 宗 发 晏 致 涛 王彦 生 李作 良 ， ， ，
（． 南 科 技 大 学 １河 建 筑 工 程 学 院 ，洛 阳 ４ １ ０ ；． 庆 大 学 土 木 工 程 学 院 ，重 庆 ７ ０ ３ 重 ２ ４ ０４ ） ０ ０ ５
摘 要 ： 用 改 进 的 自适 应 遗 传 算 法 来 解 决 单 层 球 面 网 壳 结 构 构 件 截 面 优 化 问 题 ， 采 用 ＶＣ＋ ＋ 语 言 编 采 并
写 了相 应 的 自适 应 遗 传 算 法 和 有 限 元 计 算 程 序 ， 以 实 现 单 层 球 面 网 壳 结 构 的 自动 优 化 设 计 。设 计 了 可 不 同类 型 、 度 和 矢 跨 比 的 网 壳优 化 算 例 ； 通 过 对按 照 现 行 相 关 规 范优 化 设 计 的 单 层 球 面 网 壳 和 符 合 跨 并 现 行 相 关 规 范 要 求 但 未 经 优 化 设 计 的 单 层 球 面 网 壳 用 ＡＮＳＹＳ 软 件 进 行 考 虑 几 何 非 线 性 的 屈 曲 分 析 ，
网 壳 时 ， 矢跨 比取 １ ６ １ ５比较 舍 适 。 其 ／ ～ ／
关 键 词 ： 层 球 面 网 壳 ；结 构 优 化 设 计 ；遗 传 算 法 ；屈 曲 分 析 单
中 图 分 类 号 ： Ｕ３ Ｔ ３
文 献标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ７ ２ （０ ７ ０ —０ ８ ～０ １０ — ３９２ ０ ）３ ０ ３ ４
Ｓ ｈｅ ｅ Ｓ ｌ ｃ ｉ ｎ ａ ｃ ｍ ｅ ｅ ｔｏ ｎｄ Ｏｐｔｍ ｕ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｌ’ ｙ ｒ Ｒｅ ｉ ｕ ａ ｅ ｍ ｅ ｉ ｍ ｓｇ ｆＳ ｎｇ ｅ Ｌａ ｅ ｔｃ ｌ ｔ ｄ Ｄｏ ｓ
某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析
某单层肋环形球面网壳结构的整体稳定分析陈庆烈【摘要】整体稳定分析问题一直是球面网壳设计中的关键问题.理论分析和工程实践表明:网壳结构的设计通常受其稳定性控制.网壳结构的整体稳定分析主要有三种:屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析.本文借助有限元分析软件ANSYS,以某单层肋环型球面网壳为代表,对其进行屈曲分析、弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析,同时深入研究不同缺陷模式对整体稳定性能的影响.研究发现,单层球面网壳前六阶屈曲模态的整体稳定系数相接近,且出现相邻的重模态现象;最低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的弹性整体稳定承载力影响最大,但对其弹塑性整体稳定承载力的影响未必最大,故有必要考察相邻的较低阶屈曲模态缺陷对网壳结构的影响.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)003【总页数】2页(P87-88)【关键词】单层肋环形球面网壳;整体稳定;极限承载力;有限元;缺陷模式【作者】陈庆烈【作者单位】同济大学建筑工程系,上海200092【正文语种】中文【中图分类】TU399某单层球面网壳的直径为30 m，矢高20 m(网壳底部标高0.000 m，网壳顶点标高20.000 m)。
周边边界点为支座节点，且为固定铰支座。
荷载标准值为：均布恒载q=1.0 kN/m2 (不包括结构自重)；均布活载p=0.7 kN/m2。
钢材种类选用Q235。
为简化分析，本网壳采用同一杆件截面形式，160×5，径向等分为12份，每根杆件长约1.54 m，环向等分为30份，每根杆件长约0.32～3.14 m。
各杆件选用BEAM188单元，且每个杆件为一个杆单元。
杆件各节点理想刚接，且不考虑节点形式，支座节点理想铰接。
在弹性整体稳定分析时，假定材料为无限弹性；在弹塑性整体稳定分析时，假定材料为理想弹塑性[1]。
当网壳受恒载和活载作用时，其稳定性承载力以恒载与活载的标准组合来衡量，根据JGJ7-2010《网壳结构技术规程》[2](以下简称《技术规程》)中大量算例分析表明：荷载的不对称分布(实际计算中取活载的半跨分布)对球面网壳的稳定性承载力无不利影响。
单层球面网壳的优化设计
单层球面网壳的优化设计
徐菁;岳强民;赖敬延
【期刊名称】《青岛理工大学学报》
【年(卷),期】2003(024)001
【摘要】提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法,它是一种以网壳的总造价为目标函数,取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量,采取直接搜索法与准则法相结合的优化设计方法.基于用Fortran90软件编制的优化设计程序,对单层球面网壳结构进行了大量的计算,用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积,同时使杆件面积规格化,以便直接用于实际工程.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】徐菁;岳强民;赖敬延
【作者单位】青岛建筑工程学院土木工程系,青岛,266033;山东绮丽集团资产管理公司,青岛,266071;青岛建筑工程学院实验设备处,青岛,266033
【正文语种】中文
【中图分类】TU378.7
【相关文献】
1.单层球面网壳选型优化设计 [J], 刘宗发;晏致涛;王彦生;李作良
2.单层凯威特型单层球面网壳的优化设计 [J], 于永彪;支荣权;孔令彪
3.凯威特型单层球面网壳的优化设计 [J], 方有珍;王秀丽;朱彦鹏
4.基于粒子群算法的单层球面网壳结构优化设计 [J], 王云龙
5.基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计 [J], 陈霞辉
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单层椭球面网壳的参数化设计
单层椭球面网壳的参数化设计
辛静;鹿晓阳
【期刊名称】《低温建筑技术》
【年(卷),期】2014(036)012
【摘要】根据椭球面网壳的特点,采用通用有限元软件ANSYS的APDL参数化语言,研制了两种类型的单层椭球面网壳,并实现了在给定几何参数:纵向跨度S1、横向跨度S2、矢高F、环向对称区域份数Kn、径向节点圈数Nx下,即可确定单层椭球面网壳的形式.通过设计实例表明,该参数化设计方式简单、高效、实用,为采用ANSYS软件对椭球面网壳的不同类型的设计及分析奠定了良好的基础.
【总页数】3页(P53-55)
【作者】辛静;鹿晓阳
【作者单位】山东建筑大学工程力学研究所, 济南250101;山东建筑大学工程力学研究所, 济南250101
【正文语种】中文
【中图分类】TU33
【相关文献】
1.单层椭球面网壳结构体系动力响应分析 [J], 焦文俊;解冰
2.苏州永旺梦乐城单层椭球面网壳设计 [J], 沈晓明;谈丽华;路江龙
3.杂交型椭球面网壳参数化设计及受力性能分析 [J], 鹿晓阳;付浩鑫;赵晓伟;陈世英;蒋雄;李涛
4.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 [J], 赵忠佳;鹿少博;鹿晓阳;赵晓伟;李龙
5.单层K8型椭球面网壳的静力稳定性分析 [J], 沈金;杨军;马洪步
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某单层球面网壳结构设计
结构采用单层凯威 特型球面网壳结 构形式 ， 是在肋 环 型的基 ０ ２ Ｎ ｍ ， ．５ｋ ／ 在进行设 计计算 时 ， 载通过 面荷 载双 向导 荷 至上 荷 础上加斜杆 而组 成 的 ， 大大提 高 了网壳 的 刚度 ， 它 提高 了抵 抗非 弦杆件 。 对称 性荷载 的能 力。构件 数量 比肋 环型 多 ， 整 体 刚度好 ， 用 但 适 依据 Ｇ ０ １—０ ０建筑抗 震设计 规 范 ， Ｂ５０ １２ １ 综合 考虑 太原地 区
＼ ／／＼ ＼ ＼ ＼ ／ ／ ／ ７１
＼ ｛ ＼ Ｉ Ｉ ／ ／ ／ ／ ／＼
值取 ０ １ （ ＝ ．６ ， ．６ 一 ０ １ ） 特征周 期值取 ０ ４ （ ｇ ０ ４ ） 钢 结 ．５ｓ Ｔ ＝ ．５ｓ ，
构 阻 尼 比取 ０ ０ （ ．２ ＝０ ０ ） ．２ 。
整个计算过程 中结构 向和竖直方 向的地震作 用的影响。
０ ３ ３１ ９ ６
０． ８８ １ ３ ５
３ 使 用程 序 和计算 依 据
对该单层凯威特 型球 面网壳进 行动力 特性 的模 态分 析 ， ｌ 表 本论文采用空 间结构设 计 软件 ３ ３ Ｄ Ｓ建模 计算 ， 钢结 构分 显示 了结构前 ９阶振型 的 自振周期 结果 及振 动形 式 ， ３～图 ６ 用 图
载 为 ０ ５ｋ ／ 基 本 风 压 为 ０ ４ｋ ／ ，０年 一 遇 的基 本 雪 压 为 ． Ｎ ｍ ， ． Ｎ ｍ ５
． Ｎ ｍ ， 吊顶 荷 载 ） ０ ５ｋ ／ ， 面 活 荷 为 ． Ｎ ｍ 屋 到造型的美观和 功能要 求 ， 应建 筑要 求 ， 屋盖 用如 图 １ 示球 面 静 载 为 ｏ ５ｋ ／ 下 弦 静 载 （ 所
．
４ ・ ８
第３ ８卷 第 ２ １期 ２ｏ １２ 年 ７ 月
基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计
Ｑ：
ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨ ＬＯ０Ｙ ＮＦ ＭＡＴ ＯＮ Ｎ０ Ｉ ＯＲ Ｉ
信 息 技 术
基于 ＡＮＳＹＳ的 单 层球 面 网亮 结构 优 化设 计
陈 霞 辉 （ 中铁建 工集 团有限公 司 、 广东 深圳 ５ ０ ０） １ ０ ８
摘 要； 单层球 面同壳结构是 一种具有吸 引力的 空间结构 型式， 为改善 其经济性 ， 本文采 用ＡＮ Ｙ 软件 的优 化模块（ ｓｓ 零阶方法和 一阶方法） 对 其 进行 优 化 设 计 。 关 键 词 ： 面 网壳 结 构 优 化 设 计 Ａ Ｙ 球 ＮＳ Ｓ 中 图分 类 号 ： Ｕ ９ Ｔ ３９ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ６ ３ ９ （ ０ ２０ （） ０ ２ — ２ １ ７ － ７ １２ １ ） ４ ｃ ０ ０ ０ ２ 一
随 着 社 会 的 不 断 进 步 和 经 济 的 蓬 勃 发 分 析 。 展 ， 们不 断扩大 着钢 结 构的应 用范 围 ， 人
ＫＥＹＯＰＴ（ ） 时 ， 个 节 点有 七个 自由度 ， １＝ｌ 每 这时 引入 了第 七 个 自由 度（ 截 面 的 翘 曲） 横 。
与此 同时 建筑 钢材 的消 耗 也在 以惊 人的 １ 工程介绍
量 Ｇ＝８ １ 。Байду номын сангаасｅ ０
这 个单 元 非 常 适 合线 性 、 角 度 转 动 和／ 大 并
非 线性 大应 变 问题 。 当ＮＬ Ｅ Ｇ ０Ｍ打 开 的 时 候 ， ｅ ｍ１ ８ ｂ ａ 的应 力刚 化 ， 任 何分 析 中都 ８ 在 是 缺 省 项 。 力 强 化 选 项 使 本 单 元 能 分 析 应 弯 曲 、 向及 扭转 稳 定 问 题 （ 横 用弧 长 法 ） 析 分 特 征 值 屈 曲和塌 陷） Ｂ ａ ８ ／ ｅ ｍ１ ９ 。 ｅ ｍ１ ８ ｂ ａ 可 ８
单层球面网壳结构自振特性分析
单层球面网壳结构自振特性分析赵清华;李若木【摘要】采用参数化设计语言APDL(ANSYS Parametric Design Language)编制联方型单层球面网壳结构模型,只需输入网壳结构的相关参数即可生成网壳结构模型.实践表明,该方法为网壳结构各项性能的分析提供了极大的方便.本文以联方型单层球面网壳结构为例,分析单层球面网壳结构自振特性随网壳跨度、矢跨比的变化规律,并推导出基频设计图表,从而极大的简化了网壳结构基频的求解方法.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2014(036)010【总页数】3页(P83-85)【关键词】联方型球面网壳;单层球面网壳;参数化设计;自振特性分析;动力特性分析【作者】赵清华;李若木【作者单位】河南锦源建设有限公司,郑州450000;河南锦源建设有限公司,郑州450000【正文语种】中文【中图分类】TU393.3随着国民经济的发展和科技的进步，空间网格结构的应用越来越广泛，并呈现形体的复杂化、跨径更大化、质量轻型化、结构刚度趋柔变弱等趋势。
因而结构动力特性的控制作用在结构设计中日益明显，国内外亦对该类结构的动力特性进行了大量的分析，如:文献［1］对柱面网壳结构的自振特性进行了系统的分析;文献［2］对双层柱面网壳的自振特性进行了系统的分析研究;文献［3］采用拟壳法对球面扁网壳的动力特性进行了研究等。
由此可见，在网壳结构动力性能方面国内外已经作了大量的研究工作，但是关于网壳基频的简化计算做的还不够。
本文以联方型单层球面为例，介绍单层球面网壳结构的自振特性，提供一种网壳基频的简化求解方法，以期为单层球面网壳结构的选型和初步设计提供有益的帮助。
1 模型建立1.1 几何描述单层球面网壳结构的基本参数有:网壳跨度S、矢高F、环向对称区域份数Hs、径向节点圈数Js。
其中矢高和网壳跨度之比为矢跨比，决定网壳结构的壳面形状，是单层球面网壳结构的重要导出参数。
网壳结构各参数中网壳跨度决定网壳壳面覆盖面积的大小，矢高决定壳面的突起高度，环向对称区域份数和径向节点圈数决定壳面网格密度。
基于粒子群算法的单层球面网壳结构优化设计
文 献标 识码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ ２ ３ ９ （ ０ ￣０ （ 一 ０ ９ ０ １７ － ７ １２ １ ４ｃ ０ ５— ２ ）
随 着 社 会 的 不 断 进 步 和 经 济 的 蓬 勃 发 展 ， 们 不 断 扩 大 着 钢 止寻 找 到 的 最优 值 ， 人 叫做 个 体 极值 （ Ｂ ｓ） 另 外一 个是 整 个 粒 子群 ｐ ｅｔ， 结 构 的 应 用 范 围 ， 此 同时 建 筑 钢材 的 消 耗 也 在 以 惊 人 的 速 度 增 迄 今 为 止 寻 找 到 的 最优 值 ， 与 叫做 全 局极 值 （ Ｂ ｓ ） ｇ ｅｔ 。 长 。 跨 度 空 间 结 构 是 现 代 建 筑 的 发 展 方 向 之 一 。 着 跨 度 的 增 大 随 粒 子 更 新 自 己的 公式 如 下 ： 大 ， 统 的 网 架 、 壳 和 析 架 等 网格 结 构 ， 有 采 用 很 大 的构 件 截 传 网 只 Ｖ （＋１＝∞ ｆ＋ Ｉ（Ｂ ｓ （ 一 ． ）＋ ２ （Ｂ ｓ （ 一 ． ） １ ． ｔ ） Ｖ （ Ｃ ｐ ｅｔ ｔ ｘ （ ） ｃｒ ｇ ｅｔ ｔ ｘ （ ） ） ） ，） ｔ ２ ．） ｔ（ 面 尺 寸 ， 能 满 足 强 度 和 使 用 要 求 ， 构 往 往 显得 笨 重 而 且 材 料 用 才 结 Ｘ（＋ ） ｉ ） （＋ ） ｉ １＝Ｘ（ ＋ ｔ １ ｔ ｔ （） ２ 量多 ， 济性欠佳 。 经 因此 对 这 一 投 资 高 、 险 大 的 复 杂 结 构 进 行 优 风 （＋ ） １ １ 为粒 子ｉ ＋１ 第ｔ 代的 移 动 速 度 ， Ｏ 为粒 子ｉ ｔ 的移 动 ） 第 代
计 算 每个 粒子 的适 应 度值 ； 对每 个 粒子 ， 比较 它 的适 应度值 和 它经 历 过 的 最好 位 置 ｐ ｅ ｔ 适应 度 值 ， Ｂ ｓ的 ． 如果 更 好 ， 更新 ｐ ｅ ｔ｝ 每 个粒 Ｂ ｓ．对 子， 比较 它 的适 应 度 值和 群 体所 经历 最 好 位置 ｇ ｏｔ 适应 度 值 ， ｈｓ 的 ｉ 如 果 更好 ， 更新 ｇ ｅ ｔ； 据（ ） 和（ ） Ｂ ｓ 根 ， １ 式 ２ 式调 整粒 子的 速 度和位 置 。 如果 达 到结 束条 件（ 够好 的位 置或 最大 迭 代次数 ） 足 则结 束 ， 则转步 骤２ 否 ）
单层球面网壳结构的稳定分析
单层球面网壳结构的稳定分析
网壳结构受力合理，用料经济，造型美观多样，能覆盖较大空间，是近年来在建筑工程中广泛应用的一种空间结构形式，其结构形势多样化，跨度较大，重量轻。
因而网壳结构的稳定性问题是结构设计和施工安装中的十分重要的问题。
为此本文进行了网壳相关稳定问题的研究：1．概述网壳结构的诞生、发展、分类及应用情况；总结网壳结构的优缺点，并预见其发展趋势。
2．介绍有限元法的发展、特点及非线性的类型；推导出空间铰两节点直线杆单元的切向刚度矩阵和空间梁单元切线刚度矩阵，为进行网壳的稳定计算提供了必要的数据。
3．阐明了网壳的失稳现象及稳定问题分析的发展历程和计算方法。
4．以跨度为100m的肋环斜杆型单层球面网壳为例，采用ANSYS软件进行了结构的稳定分析。
归纳了影响单层球面网壳稳定性的主要因素：初始缺陷、荷载类型与分布、材料特性等。
基于ANSYS的四种典型施威德勒型球面网壳参数化建模
基于ANSYS的四种典型施威德勒型球面网壳参数化建模吴静;鹿晓阳
【期刊名称】《山东建筑大学学报》
【年(卷),期】2012(027)006
【摘要】网壳结构造型美观受力合理,应用范围广阔.其参数化建模程序的编制是网壳结构受力分析和优化设计的前提和基础.文章采用ANSYS软件参数化设计语言APDL,研究了四种典型施威德勒型球面网壳节点生成和杆件单元生成的连接方法,并编制了相应的宏程序.结果表明:(1)用户仅需输入网壳跨度S、矢高F、环向对称区域份数kn、径向杆件圈数nx,即可方便地生成所需模型;(2)该方法和建模程序简单、高效、实用,为采用ANSYS软件进行不同类型、不同参数下网壳结构的快速生成提供了可能.
【总页数】4页(P584-587)
【作者】吴静;鹿晓阳
【作者单位】山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101;山东建筑大学土木工程学院,山东济南250101
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
【相关文献】
1.施威德勒型球面网壳地震反应特性研究 [J], 郑懿;朱益
2.单层施威德勒型球面网壳屈曲路径全过程追踪 [J], 李伟;王雷
3.施威德勒型单层球面网壳的固有振动特性及非线性屈曲研究 [J], 王永亮;王国诚;马丽;郝耐
4.约束屈曲支撑在单层施威德勒型球面网壳中的减震效果分析 [J], 胡静
5.冲击荷载作用下四种典型施威德肋型单层球面网壳动力响应研究 [J], 吴长;丁金伟;黄贵武
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ANSYS环境下的网壳结构优化设计
ANSYS环境下的网壳结构优化设计
刘文静;李黎;杨德喜;孔德怡
【期刊名称】《空间结构》
【年(卷),期】2008(0)2
【摘要】以大型通用有限元分析软件ANSYS作为运行环境,介绍了ANSYS中结构优化的方法及步骤、网架优化设计中设计变量、状态变量及目标函数的选取.将网壳结构的杆件截面面积作为设计变量,以网壳结构的总质量为目标函数,同时考虑网壳结构的强度、刚度、稳定性、杆件截面尺寸等约束条件,以塔里木油田分公司塔里木生活基地体育馆工程中的球类馆为工程实例,分别在恒载+活载和风荷载两种工况下,对六榀主拱桁架用到的14种钢管截面进行优化,取得了较明显的效果.【总页数】4页(P38-41)
【关键词】网壳结构;优化设计;ANSYS;目标函数
【作者】刘文静;李黎;杨德喜;孔德怡
【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU399
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1.基于APDL的大跨度圆柱面网壳结构优化设计 [J], 陈明明;孟文清;李万庆
2.LNG储罐罐顶施工全过程分析的网壳结构优化设计 [J], 曹力慧;宋延杰;郑建华;李金光
3.ANSYS环境下基于离散变量的网架结构优化设计 [J], 牟在根;侯晓武;宁平华;吴坚如
4.基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计 [J], 陈霞辉
5.基于节点构形度均衡化的单层网壳结构优化设计研究 [J], 朱南海;李杰明
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单层球面木网壳结构研究现状
单层球面木网壳结构研究现状随着社会和经济的发展，建筑工程的需要也越来越多。
球面木网壳结构作为一种具有创新性、独特性和美观性的建筑类型，受到了广泛的关注和重视。
本文就单层球面木网壳结构的研究现状进行探讨和分析，旨在深入了解这一新兴建筑类型的特点、应用和发展趋势。
一、球面木网壳结构的设计特点球面木网壳结构是指在球面上铺设木材，将木材按照一定的倾角和旋转角度排列，形成一种特殊的构造体系。
球面木网壳结构具有以下设计特点：1. 灵活性球面木网壳结构的设计可以根据实际需求进行灵活调整，采用不同木材、不同构造方式，实现多样化的设计效果。
2. 节约成本球面木网壳结构可利用工厂预制化技术，极大地降低了施工成本和时间。
3. 可持续性球面木网壳结构采用天然木材，符合可持续发展的理念，对环境友好，有助于提高建筑的可持续性。
二、球面木网壳结构的应用范围球面木网壳结构的应用范围很广泛。
在建筑结构中，球面木网壳结构已成功地应用于商业、文化、体育等领域，如体育场馆、剧院、博物馆等。
此外，球面木网壳结构还可以用于露天舞台、展馆、民居等领域。
三、球面木网壳结构的研究现状目前，全球关于球面木网壳结构的研究已越来越深入和广泛，主要围绕以下方面进行研究：1. 构造分析球面木网壳结构的构造分析是研究的重点之一，主要是通过分析结构受力原理，研究不同种类和规格的木材、组合方式和连接形式，探索最佳的结构构造方案。
2. 可靠性和安全性分析球面木网壳结构在应用过程中需要承受很大的荷载和力矩，因此要针对不同的应用场合，进行可靠性和安全性分析，确保球面木网壳结构的安全性和可持续性。
3. 性能分析目前，关于球面木网壳结构的性能分析仍处于起步阶段。
今后需要深入研究球面木网壳结构的声学性能、热力学性能、防火性能等方面的特性。
四、球面木网壳结构的发展趋势球面木网壳结构作为一种创新性的建筑类型，在未来有广阔的发展前景。
未来的研究方向主要集中在以下几个方面：1. 研究球面木网壳结构在不同环境下的适应性，为其在各个领域的应用提供更多的可能性。
单层球面网壳结构选型优化设计的开题报告
单层球面网壳结构选型优化设计的开题报告一、研究背景及意义随着现代建筑结构技术的不断发展和完善，单层球面网壳结构在建筑领域中得到了广泛的应用。
单层球面网壳结构是以网格为主体，通过弯曲和张力来形成的一种新型结构形式，它具有结构轻、伸缩性好、形式美观等优点，被用于建筑中的大跨度结构和综合体等领域。
随着人们对建筑安全性和经济性的要求越来越高，单层球面网壳结构的选型和优化设计变得越来越重要。
因此，本研究旨在探讨单层球面网壳结构的选型优化设计方法，以提高其经济性、安全性和实用性。
二、研究内容和方法1. 研究现状：对单层球面网壳结构的发展历程、研究现状、应用领域等进行综述。
2. 网壳结构设计原理：介绍单层球面网壳结构的设计原理、力学特点以及相关建筑材料的性能指标等。
3. 选型方法：通过对单层球面网壳结构的选型方法分析，查找适合的选型算法，为优化设计提供参考。
4. 优化设计方法：针对单层球面网壳结构在安全性、经济性、实用性等方面存在的问题，采用优化设计方法来解决，提高结构性能以及在设计阶段的成本控制。
5. 实例分析：选取具有代表性的实际单层球面网壳结构工程，通过实例分析，验证本文提出的选型优化设计方法的可行性和有效性。
本研究将采用文献研究、案例分析、数学建模等多种研究方法。
通过对相关文献资料的搜集和整理，对已有单层球面网壳结构的例子进行资料归档、分类，并通过对工程验算、计算机模拟等方式对其进行评估以及验证所提出的研究结论。
三、预期成果和研究意义通过本研究，同时解决了单层球面网壳结构的选型和优化设计问题，为建筑行业提供可信可靠的工程设计方法，提高了工程的经济性、实用性和安全性，为促进我国建筑结构行业的发展提供了重要的研究基础。
同时，本研究也吸引了更多的学者、工程师和技术人员对单层球面网壳结构的发展和研究做出更多的贡献。
单层球面网壳设计实例(已加密)
硕士研究生课程考试试卷硕士研究生课程考试试卷考试科目：大跨与空间钢结构考生姓名：许爱国考生学号：20101602009考生姓名：杨 丹考生学号：20101602024考生姓名：张 长考生学号：20101602084考生姓名：田真珍考生学号：20101602015学院：土木工程学院专业：土木工程（结构工程方向）考生成绩：90任课老师(签名) 崔佳考试日期：2011 年9月5日目 录录1设计资料 (1)1.1 设计题目 (1)1.2 设计参数 (1)2 设计分析软件 (2)2.1 分析软件简介 (2)2.2 软件分析步骤 (2)3 网壳结构设计计算 (3)3.1 设计基本要求 (3)3.2 计算分析方法 (3)3.3 结构模型建立 (4)3.4 节点与单元属性设置 (5)3.5 材料参数设置 (6)3.6 施加约束和荷载 (7)3.7 软件初步分析设计 (11)3.8 结构动力分析 (14)3.9 竖向和水平地震作用抗震验算 (19)3.10 结构风振系数计算 (21)3.11 支座节点及檩条设计说明 (21)4 网壳结构计算结果信息 (22)4.1 网壳结构各杆件内力 (22)4.2 网壳结构挠度验算 (23)4.3 杆件与球节点配置及材料表 (25)4.4 图纸生成说明 (25)5 设计结果分析 (26)5.1 单层球面网壳设计结果概述 (26)5.2单层球面网壳整体稳定性分析简述 (27)5.3 网壳结构设计中的几个问题 (29)参考文献 (30)附录 (31)1 设计资料1.1 设计题目设计一单层球面网壳，网壳直径为20m，矢高7m，周边支承在钢筋混凝土柱及圈梁上，钢筋混凝土柱沿周边每20°一个均匀布置，柱截面尺寸为400mm×700mm，柱顶及圈梁顶标高为15.2m，圈梁截面尺寸为400mm×600mm。
网壳上搭设檩条，屋面板采用压型钢板。
1.2 设计参数1.2.1 静荷载网壳自重：网壳结构的自重包括钢管杆件和焊接空心球节点（或螺栓球节点）的重量，可由计算机分析软件程序自动生成。
100米跨度单层球面网壳结构设计及分析
100米跨度单层球面网壳结构设计及分析摘要：单层球面网壳以其受力合理的结构形式、外形简单美观、跨度大、用料经济等优点，在空间结构中应用广泛。
本文以唐山市某大型展览馆为设计对象，结合建筑要求和单层网壳的优缺点选取凯威特型单层球面网壳为主结构体系。
根据荷载规范和当地的地理条件进行荷载取值，并根据规范要求进行合理的截面设计。
采用有限元软件ANSYS结构的静力和动力承载能力进行整体计算分析，同时进行结构在对称荷载和非对称荷载下的稳定性全过程分析。
分析结果表明，该结构各项性能指标均满足规范要求，具有较高的安全性和经济性。
关键词：单层球面网壳；截面设计；稳定性；动力响应Design and analysis of a single-layer spherical reticulated dome structure with a span of 100 metersAbstract：The single-layer spherical reticulated dome is widely used in the space structure due to its advantages of reasonable mechanical structure，simple and beautiful appearance，large span and economical materials.In this paper，a large exhibition hall in Tangshan City is taken as the design object，combined with the architectural requirements and the advantages and disadvantages of single-layer reticulated dome，the main structural system of Kaiweite single-layer spherical reticulated dome is selected.According to the load code and local geographical conditions，load values are taken，and reasonable section design is carried out according to the code requirements.The static calculation and dynamic bearing capacity of the structure using the finite element software ANSYS are used for the overall calculation and analysis.At the same time，the whole process of the stability of the structure under symmetric and asymmetric loads is analyzed.The analysis results show that the performance indicators of the structure meet the requirements of the specifications，and have high safety and economy.Key words：single-layer reticulated dome；Section design；stability；seismic response1 工程概况本文以唐山地区某假想展览馆为设计对象，展览馆场地为直径100米的圆形区域，考虑展览馆的建筑需求和场地跨度条件，采用100米跨度单层球面网壳结构体系，矢高30米，地基采用钢筋混凝土基础，研究[1]表明当结构基础刚度较大时，对屋盖力学性能影响较小，可以直接采用独立屋盖模型进行计算分析。
设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化
设计 一 施工 （ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｎ ｄ Ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ， 即 Ｄ Ｂ） 承 包 模
基础 上增 加 迭 代 步 骤 的设 计 方 法 。文 ［ ４ ］ 等 采 用 均匀设 计 法进 行 预应 力 局 部 单 双 层 扁 网壳 结 构 的 参数 分析 与近 似优 化 ， 得 到 了 比较理 想 的最优 水平
件 自重最轻 为 目标 函数 ， 没 有考 虑到项 目工 期 、 施工
的特 点 ， 但 由于试 验 点 数 量有 限 ， 均 匀设 计 不 一 定 能实 现 凸集规 划 ， 往往第 一 次均匀 设计 的结 果 不能
满足实 际应 用 中的 优 化设 计 要 求 。在均 匀 试 验 设
计 的基 础 上 ， 增 加迭 代步 骤 ， 能快 速结 果 的收敛 ， 实 现 凸集 规划 。具 体叙 述 如下 ：
第３ ３卷 第 ６期
２ ０ １ ６ 年 ｌ ２月
贵州大学学报 （ 自然科 学版 ） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｕ ｉ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ）
Ｖｏ１ ．３ ３ Ｎｏ．６ Ｄｅ ｃ．２ ０１ ６
文章编号
１ ０ ０ ０ — ５ ２ ６ ９ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ５ ９ — ０ ４
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ ５ ９ ５ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｇ ｄ ｘ ｂ ｚ ｒ ｂ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ６ ． １ ４
设计 一 施 工 承 包 模 式 下 单 层 球 面 网 壳 的 优 化
施 工 人 员 的素 质 、 施 工 难度 、 管理 费 等 因 素 。在 满 足位移 、 应力、 稳 定性 条件 下 ， 以 网壳用钢 量 最轻 和
设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化
设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化吴夏燕;肖建春;罗杰;余金坤;马克俭【期刊名称】《贵州大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(033)006【摘要】设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化不只是一个降低用钢量的问题.采用均匀迭代设计法进行该模式下单层球面网壳的优化设计.采用杆件截面类型数近似代替项目工期、施工的设备条件、施工人员的素质、施工难度、管理费等因素.通过简化,以满足位移、应力、稳定性条件的网壳用钢量最轻和杆件截面类型数最少为目标.以60m跨凯威特型单层球面网壳的优化设计为算例说明该方法的运算过程.该方法减少了试验次数,收敛速度快.%The optimization design of single layer spherical reticulated shell under DB mode is not only to reduce the amount of steel. The optimization of single layer spherical reticulated shell was carried out by the uniform iter-ative design method in this mode. The type number of bar cross section was used to approximate the project dura-tion, the construction of equipment conditions, the quality of construction personnel, construction difficulty and management fees. By simplifying, the objective function is to satisfy the displacement, stress and stability condi-tions of the minimum number of bar cross section types and the minimum steel consumption. Taking the optimum design of a 60 m span Kiewitt single-layer spherical reticulated shell as an example the operation of the method was illustrated. This method reduces the number of tests, and the convergence rate is fast.【总页数】4页(P59-62)【作者】吴夏燕;肖建春;罗杰;余金坤;马克俭【作者单位】贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003;贵州大学空间结构研究中心,贵州贵阳550003【正文语种】中文【中图分类】TU357【相关文献】1.五位一体管理模式下的装配式建筑优化设计 [J], 王一波;刘东海;何亮;董震2.疫情背景下思想政治理论课线上教学的模式设计与路径优化 [J], 陈晓莉;钟维萍3.工程总承包模式下施工图设计方案优化 [J], 伏瑞4.MC模式下的虚拟企业产品设计模式与调度优化研究 [J], 窦润亮;郑辉5.转变教学观念优化教学模式——例说新课程理念下教学模式的设计 [J], 葛张勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于ANSYS的单层球面网壳结构优化设计
摘要:单层球面网壳结构是一种具有吸引力的空间结构型式,为改善其经济性,本文采用ANSYS软件的优化模块(零阶方法和一阶方法)对其进行优化设计。
关键词:球面网壳结构优化设计ANSYS
随着社会的不断进步和经济的蓬勃发展,人们不断扩大着钢结构的应用范围,与此同时建筑钢材的消耗也在以惊人的速度增长。
大跨度空间结构是现代建筑的发展方向之一。
随着跨度的增大,传统的网架、网壳和析架等网格结构,只有采用很大的构件截面尺寸,才能满足强度和使用要求,结构往往显得笨重而且材料用量多,经济性欠佳。
因此对这一投资高、风险大的复杂结构进行优化设计研究是十分必要的。
空间网格结构的优化设计通常以结构自重最小作为优化目标函数.目前已有许多文献利用传统的优化方法研究了平板网架结构的优化设计问题[1～2],而对单层网壳结构的优化设计问题很少见[3～4]。
球面网壳结构的优化设计是一个复杂的、非线性约束优化问题,另外复杂的约束条件也会使优化问题很容易陷入局部最优解。
本文借助ANSYS软件的优化模块(零阶方法和一阶方法)对其进行优化设计,以,在给定的约束条件和设计参数范围内搜索最优的结构设计参数,并与初始设计进行对比分析。
1 工程介绍
某单层网壳结构,其俯视平面形状为圆形,底平面的直径为100m,球面直径为100m,矢高为6.7m,球面中心角为60°,具体模型见图1。
材料:钢管,E=2.1e11,v=0.3,剪切模量G=8e10。
截面几何:杆件均为空心钢管,环杆内径为d1,壁厚t1,径杆内径为d2,壁厚t2,斜杆内径d3,外径t3。
2 有限元模型
用beam188来模拟肋杆、径杆及斜杆。
Beam188单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构,该单元基于铁木辛哥梁结构理论,并考虑了剪切变形的影响。
Beam188是三维线性(2节点)或者二次梁单元。
每个节点有六个或者七个自由度,自由度的个数取决于KEYOPT(1)的值。
当KEYOPT(1)＝0(缺省)时,每个节点有六个自由度;节点坐标系的x、y、z方向的平动和绕x、y、z轴的转动。
当KEYOPT(1)=1时,每个节点有七个自由度,这时引入了第七个自由度(横截面的翘曲)。
这个单元非常适合线性、大角度转动和/并非线性大应变问题。
当NLGEOM打开的时候,beam188的应力刚化,在任何分析中都是缺省项。
应力强化选项使本单元能分析弯曲、横向及扭转稳定问题(用弧长法)分析特征值屈曲和塌陷)。
Beam188/beam189可以采用sectype、
secdata、secoffset、secwrite及secread定义横截面。
本单元支持弹性、蠕变及素性模型(不考虑横截面子模型)。
这种单元类型的截面可以是不同材料组成的组和截面。
图2是单元几何示意图。
3 优化数学模型
3.1 目标函数
本文以单层网壳的总重为目标函数,网壳优化设计的熟悉模型可表示为:
3.3 约束处理
粒子群算法是一种无约束优化方法,为了求解上面的优化问题,必须先将约束优化问题转化为无约束优化问题,本文采用惩罚函数进行处理。
4 ANSYS软件优化技术
本文采用ANSYS软件高级分析技术中的优化设计模块来解决基
础结构整体优化设计问题。
该模块将有限元分析技术与优化方法相结合,从而构成基于有限元分析技术的优化方法。
ANSYS的优化分析过程与传统的优化设计过程相类似,在优化设计之前,要先确定好设计变量、约束条件和目标函数。
所不同的是其数学模型必须要用参数来表示,包括设计变量、约束条件和目标函数的参数化表示。
ANSYS软件提供了两种优化方法即零阶方法和一阶方法。
零阶方法是主要通过对目标函数添加罚函数将问题转化为非约束的优化问题,再用曲线拟合来建立目标函数和设计变量之间关系来实现逼近的。
在零阶算法运算中只用到因变量(状态变量和目标函数)而不用其偏导数,其优化处理器通过随机搜索建立状态变量和目标函数的逼近。
一阶方法同样是通过对目标函数添加罚函数将问题转化为非约束的优化问题后,再使用因变量对设计变量的偏导数进行梯度计算,从而确定搜索方向,并用线搜索法对非约束问题进行最小化,而不是对逼近数值进行操作;其每次迭代都由一系列的子迭代组成,
一次优化迭代有多次分析循环,此方法精度高但计算量大。
总体而言,以上优化设计过程可用图3来表示。
5 计算结果(如表1)
6 结语
本文采用ANSYS软件的优化模块(零阶方法和一阶方法)对单层球面网壳结构进行优化设计,以环杆、径杆和斜杆的直径及壁厚为设计变量,以结构总重量作为优化的目标函数,在给定的约束条件下建立了优化数学模型。
当选择零阶方法时,最优设计尺寸为:d1＝0.097,d2＝0.094,d3＝0.086,t1＝0.0038,t2＝0.0041,t3＝0.0038,最优目标函数值为335890N,比初始设计减少25.85%的重量。
当选择一阶方法时,最优设计尺寸为:d1＝0.095,d2＝0.120,d3＝0.079,t1＝0.0036,t2＝0.0035,t3＝0.0034,最优目标函数值为3178200N,比初始设计减少29.84%的重量。
本方法在单层球面网壳结构优化设计及施工等方面有着广泛的应用前景。
参考文献
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[3]张年文,等.考虑几何非线性影响的单层网壳优化设计[J].空间结构,2003.
[4]王红,谭石丁.具有模糊可靠度约束的球面网壳的优化设计[J].广东工业大学学报,2005.。