空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計算與分析

前言

　　隨著2008年北京奧運會和2010年上海世博會等大型社會經(jīng)濟活動的開展，我國空間鋼結(jié)構(gòu)的綜合技術(shù)得到快速發(fā)展，尤其是大型空間鋼結(jié)構(gòu)的有限元分析技術(shù)得到了較為全面的飛速發(fā)展。ANSYS作為最為通用和有效的大型商業(yè)化有限元軟件，在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為我國空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)研究和工程應(yīng)用的主要工具之一?！　PDL語言是ANSYs軟件提供給使用者的一種參數(shù)化設(shè)計語言，是類似于，F(xiàn)ORTRAN的解釋性語言。ANSYs的APDL語言，不僅可以方便地用于結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化建模、參數(shù)化荷載施加與求解以及參數(shù)化后處理結(jié)果顯示等方面，還是實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計分析的基礎(chǔ)。因此熟練掌握和應(yīng)用APDL語言是能否充分利用ANSYS軟件的關(guān)鍵。　　本書基于APDL語言和工程實例，編寫常用空間鋼結(jié)構(gòu)形式的參數(shù)化建模程序和分析程序，為讀者提供一套完整的APDL程序和詳細(xì)的程序注釋。本書的特色是不僅可以使讀者方便快速地學(xué)習(xí)ANSYS的APDL語言，而且可以輕松地掌握利用ANSYs進行空間鋼結(jié)構(gòu)各類分析的技術(shù)和技巧。作者建議讀者使用本書時，配合使用ANSYS幫助文件中的命令介紹，通過本書提供的命令流，查閱該命令流的相關(guān)用法，以擴展讀者的知識面，形成一套完整的參數(shù)化分析與計算知識體系?！　”緯卜譃?章。第1章對空間鋼結(jié)構(gòu)和ANSYS軟件的基本知識進行簡要介紹；第2章介紹APDL語言的使用方法；第3章給出四種常用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式的參數(shù)化建模程序，并介紹如何使用ANSYs進行空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的靜力分析、優(yōu)化分析和節(jié)點受力分析；第4章給出五種常用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模程序，并介紹如何使用ANSYs進行單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力分析、穩(wěn)定分析（包括特征值屈曲分析和非線性屈曲分析）和地震作用分析等；第5章以工程實例為背景，詳細(xì)介紹如何利用ANSYS進行弦支穹頂結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模、等效節(jié)點荷載計算、形態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計、穩(wěn)定分析、動力分析、風(fēng)振響應(yīng)分析和施工模擬分析；第6章詳細(xì)介紹如何使用ANSYS軟件進行日照溫度場下空間結(jié)構(gòu)中外露構(gòu)件的溫度場分析；第7章以工程實例為背景，詳細(xì)介紹如何使用ANSYS軟件的APDL語言進行空間鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)反應(yīng)分析；第8章根據(jù)作者在學(xué)習(xí)、工作中的經(jīng)驗，給出ANSYS軟件的一些使用經(jīng)驗和應(yīng)用技巧?！　”緯m用于土木、力學(xué)、建筑等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生和工程技術(shù)人員，并且可作為高?；蚱渌嚓P(guān)CAE培訓(xùn)機構(gòu)的參考教材。另外本書特別適合希望利用ANSYS的、APDL語言進行二次開發(fā)的讀者。

內(nèi)容概要

　　ANSYS作為最為通用和有效的大型商業(yè)化有限元軟件，在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為我國空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)研究和工程應(yīng)用的主要工具之一。本書通過8章內(nèi)容系統(tǒng)介紹ANSYS中參數(shù)化分析語言APDL及其在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用。工程實例涉及空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最為活躍的兩類結(jié)構(gòu)——網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、近幾年應(yīng)用比較廣泛的新型空間結(jié)構(gòu)——弦支穹頂結(jié)構(gòu)及其工程設(shè)計比較關(guān)注的溫度場分析等內(nèi)容。另外本書結(jié)合近年來ANSYS的工程應(yīng)用經(jīng)驗，總結(jié)ANSYS的應(yīng)用技巧。在內(nèi)容上安排由淺入深，兼顧到初學(xué)者、一般使用者以及科研和工程高級分析人員的實際需要。　　本書適合土木、力學(xué)、建筑等相關(guān)專業(yè)的高年級本科生、研究生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用，并且可作為高?；蚱渌嚓P(guān)CAE培訓(xùn)機構(gòu)的參考教材。另外本書特別適合希望利用ANSYS的APDL語言進行二次開發(fā)的讀者。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　空間鋼結(jié)構(gòu)概述　　1.1.1　空間鋼結(jié)構(gòu)的特點　　1.1.2　空間鋼結(jié)構(gòu)與計算機輔助設(shè)計　1.2　ANSYS軟件概述　　1.2.1　ANSYS軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀　　1.2.2　ANSYS軟件在空間鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢　　1.2.3　ANSYS文件系統(tǒng)　1.3　桿系結(jié)構(gòu)有限元基本理論　　1.3.1　結(jié)構(gòu)的離散化　　1.3.2　單元分析　　1.3.3　整體分析　　1.3.4　結(jié)構(gòu)的節(jié)點位移、支座反力與桿件內(nèi)力求解　　1.3.5　直接剛度法解平面剛架算例　1.4　ANSYS分析基本步驟　　1.4.1　基本步驟　　1.4.2　實例分析第2章　APDL語言　2.1　參數(shù)與參數(shù)系統(tǒng)　　2.1.1　參數(shù)　　2.1.2　標(biāo)量參數(shù)的定義與賦值　　2.1.3　數(shù)組參數(shù)的定義與賦值　　2.1.4　參數(shù)的顯示與刪除　2.2　數(shù)據(jù)文件的讀入與寫出　　2.2.1　使用*VREAD命令讀取數(shù)據(jù)文件填充數(shù)組　　2.2.2　使用*TREAD命令讀取數(shù)據(jù)文件并填充TABLE類型數(shù)組　　2.2.3　使用*VWRITE命令寫出數(shù)據(jù)文件　2.3　ANSYS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的調(diào)用　　2.3.1　*GET提取命令　　2.3.2　與*GET等價的內(nèi)嵌提取函數(shù)　　　　2.3.3　查詢函數(shù)　2.4　流程控制　　2.4.1　*IF-*ELSEIF-*ELSE-*ENDIF條件分支　　2.4.2　*DO-*ENDD0循環(huán)　　2.4.3　函數(shù)表達(dá)式　2.5　宏文件　　2.5.1　宏文件的創(chuàng)建　　2.5.2　宏文件的運行第3章　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析　3.1　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有限元模型　　3.1.1　Link8單元簡介　　3.1.2　Beam4單元簡介　　3.1.3　建模中需要注意的問題　3.2　用APDL語言實現(xiàn)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建?！　?.2.1　兩向正交正放網(wǎng)架　　3.2.2　兩向正交斜放網(wǎng)架　　3.2.3　正放四角錐網(wǎng)架　　3.2.4　斜放四角錐網(wǎng)架　3.3　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靜力分析　3.4　網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析　　3.4.1　結(jié)構(gòu)優(yōu)化概述　　3.4.2　結(jié)構(gòu)優(yōu)化在ANSYS中的實現(xiàn)　　3.4.3　優(yōu)化分析命令適用簡介　3.5　網(wǎng)架節(jié)點受力性能分析第4章　網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析　4.1　單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建?！　?.1.1　肋環(huán)型網(wǎng)殼參數(shù)化建模　　4.1.2　施威德勒型網(wǎng)殼參數(shù)化建?！　?.1.3　聯(lián)方型網(wǎng)殼參數(shù)化建?！　?.1.4　凱威特網(wǎng)殼參數(shù)化建?！　?.1.5　短程線型網(wǎng)殼參數(shù)化建模　4.2　等效節(jié)點荷載的施加　……第5章　統(tǒng)支穹頂結(jié)構(gòu)分析第6章　空間鋼結(jié)構(gòu)日照溫度場分析第7章　空間鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)分析第8章　ANSYS軟件使用經(jīng)驗與常用技巧參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　空間鋼結(jié)構(gòu)概述　　空間鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平是一個國家土木建筑業(yè)水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)，也是一個國家綜合國力的體現(xiàn)，因此世界各國對空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展一直給予高度的重視。隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展及大型社會活動的開展，空間鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平得到迅速發(fā)展，基本已達(dá)到國際先進水平。特別是伴隨奧運會、世博會等國家重大活動相繼開展，國內(nèi)對高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格的體育場館、會議展覽館、機場航站樓等社會公共建筑的需求逐漸提高，這對我國空間鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平提出了更高的要求，也將給我國空間鋼結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展帶來良好的契機。　　1.1.1　空間鋼結(jié)構(gòu)的特點　　所謂空問結(jié)構(gòu)是指具有不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。與其他結(jié)構(gòu)相比，空間鋼結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢：　　1.結(jié)構(gòu)自重輕　　結(jié)構(gòu)自重較輕是空間鋼結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)勢。在荷載作用下，空間鋼結(jié)構(gòu)的桿件主要承受軸向力，因而桿件的材料強度能得到較好的利用，減小了用鋼量，使結(jié)構(gòu)自重減小。與同等跨度的平面鋼屋架相比，當(dāng)跨度在30m以下時，采用空間鋼結(jié)構(gòu)可節(jié)省用鋼量5％-10％；當(dāng)跨度在30m以上時，采用空間鋼結(jié)構(gòu)可節(jié)省10％-20％，且跨度越大，節(jié)省的用鋼量也越多。　　2.結(jié)構(gòu)抗震性能好　　空問鋼結(jié)構(gòu)的材料在空間分布，因此空問鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。1976年唐山大地震后，京津地區(qū)的大中跨度網(wǎng)架，如首都體育館、天津二七俱樂部、天津大學(xué)體育館、北京國際俱樂部等網(wǎng)架、懸索結(jié)構(gòu)，經(jīng)檢查都未發(fā)現(xiàn)任何損壞。唐山以及其他地區(qū)震后重建時，為數(shù)不少的公用和工業(yè)建筑的屋蓋都采用了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。　　3.可以實現(xiàn)輕盈優(yōu)美的建筑形式　　大跨度鋼結(jié)構(gòu)不僅要實現(xiàn)其建筑功能，還常作為地標(biāo)性建筑，因此需要具有特殊的建筑造型。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重大，造型厚重，對于一些輕盈、現(xiàn)代的建筑形式不再適用，而空間鋼結(jié)構(gòu)的自重輕，建造形式靈活，可以實現(xiàn)多樣的建筑造型，更適合用于現(xiàn)代建筑中。

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