本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：網(wǎng)殼是一種類似于網(wǎng)架的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)以桿件為基礎(chǔ),按照一定的規(guī)律通過節(jié)點(diǎn)連接組成網(wǎng)格,然后按殼體結(jié)構(gòu)布置成空間構(gòu)架。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不僅具有豐富多彩的建筑表現(xiàn)形式以及優(yōu)越的受力性能,還可跨越較大的距離(即有較大的跨度),所以網(wǎng)殼這種獨(dú)具特色的空間結(jié)構(gòu)形式越來越多的被用于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。本文研究對(duì)象為單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼,這種結(jié)構(gòu)為正高斯曲率網(wǎng)殼,易形成內(nèi)力自封閉系統(tǒng),能夠很好的抵消桿件之間的內(nèi)力,可用于各種體育場(chǎng)館、音樂廳等；并且外形流暢優(yōu)美,結(jié)構(gòu)形式新穎,可以建立伊斯蘭建筑穹頂風(fēng)格的大矢高網(wǎng)殼,從而滿足一定的建筑要求。本文主要工作有：(1)據(jù)旋轉(zhuǎn)拋物面方程Z=(-4f/S2)(x2+y2)+f及比例系數(shù)t=(Nx-i)/(Nx-0.5),參照六種典型球面網(wǎng)殼網(wǎng)格劃分特點(diǎn),應(yīng)用APDL(ANSYS Parametric Design Language)參數(shù)化設(shè)計(jì)語言研制了網(wǎng)格類型分別為肋環(huán)、施威德勒、凱威特、聯(lián)方、三向格子且各圈桿件長(zhǎng)度較均勻的五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)宏程序；利用比例系數(shù)t克服了傳統(tǒng)投影法使網(wǎng)殼下部桿件越來越長(zhǎng)這一缺點(diǎn)；設(shè)計(jì)者只需輸入結(jié)構(gòu)跨度S、矢高f,環(huán)向?qū)ΨQ區(qū)域份數(shù)Kn、徑向節(jié)點(diǎn)圈數(shù)Nx,便能方便、快速地建立這五種不同類型的單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼模型。這為設(shè)計(jì)者對(duì)該類網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。(2)據(jù)空間解析幾何兩點(diǎn)間距離公式、應(yīng)用各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)公式將旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏觀幾何參數(shù)(S、f、Kn、Nx)與微觀參數(shù)(網(wǎng)格形狀及大小、桿間角度、桿件長(zhǎng)度等)建立網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型。以肋環(huán)型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼為例,以徑向桿件長(zhǎng)度相等為條件,建立了關(guān)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)矢高f的顯函數(shù)關(guān)系式f=s(?),i=2,3,4...,Nx并得出實(shí)際工程中f可選取的范圍,從而大大減少了計(jì)算量,提高了工作效率。(3)利用ANSYS軟件分別對(duì)五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼進(jìn)行了靜力性能分析,研究了五種網(wǎng)殼模型的受力特點(diǎn)；并分別探究了S、矢跨比、Kn、Nx對(duì)網(wǎng)殼靜力性能的影響,這為設(shè)計(jì)者對(duì)該類網(wǎng)殼設(shè)計(jì)時(shí)跨度、矢高、網(wǎng)格數(shù)如何選取能使網(wǎng)殼受力較好,奠定了一定的理論基礎(chǔ)。(4)采用序列兩級(jí)優(yōu)化算法,選取兩種網(wǎng)殼模型以結(jié)構(gòu)總耗鋼量為目標(biāo)函數(shù),以網(wǎng)格數(shù)(Kn、Nx)為設(shè)計(jì)變量對(duì)其進(jìn)行了形狀優(yōu)化。深入細(xì)致的分析了結(jié)構(gòu)的耗鋼量隨網(wǎng)格數(shù)、矢跨比及跨度的變化規(guī)律,并得出對(duì)應(yīng)具體某一跨度下、某一矢跨比時(shí)耗鋼量最少的最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)。該部分工作為實(shí)際工程中結(jié)構(gòu)在保證強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性時(shí)怎樣選取網(wǎng)格數(shù)使網(wǎng)殼耗鋼量較低,從而減少工程造價(jià)提供了一定的理論依據(jù)。(5)應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼進(jìn)行了特征值屈曲分析及考慮初始缺陷的幾何非線性屈曲分析,分別提取了六種矢跨比下網(wǎng)殼的前三階屈曲模態(tài)及前六階屈曲特征值,分析了網(wǎng)殼整個(gè)失穩(wěn)過程及屈曲特征值隨矢跨比的變化規(guī)律；考慮兩種初始缺陷,提取六種矢跨比下網(wǎng)殼的極限荷載,并繪出對(duì)應(yīng)的荷載——位移曲線,分析了初始缺陷對(duì)網(wǎng)殼穩(wěn)定性的影響規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼 參數(shù)化設(shè)計(jì) 靜力分析 形狀優(yōu)化 穩(wěn)定性分析
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU399
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 課題研究背景12-18
• 1.1.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)概述12-16
• 1.1.2 旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼概述16-18
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀18
• 1.3 本文研究工作和意義18-20
• 第2章 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化設(shè)計(jì)20-40
• 2.1 APDL參數(shù)化建模原理20
• 2.2 五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面參數(shù)化設(shè)計(jì)20-27
• 2.2.1 幾何描述20-21
• 2.2.2 單層肋環(huán)型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化建模方法21-22
• 2.2.3 單層施威德勒型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化建模方法22-23
• 2.2.4 單層凱威特型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化建模方法23-24
• 2.2.5 單層聯(lián)方型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化建模方法24-26
• 2.2.6 單層三向格子型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化建模方法26-27
• 2.3 五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立及應(yīng)用27-39
• 2.3.1 肋環(huán)型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立27-28
• 2.3.2 施威德勒型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立28-29
• 2.3.3 凱威特型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立29-31
• 2.3.4 聯(lián)方型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立31-33
• 2.3.5 三向格子型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的建立33-36
• 2.3.6 宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型的工程應(yīng)用36-39
• 2.4 本章小結(jié)39-40
• 第3章 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析40-60
• 3.1 計(jì)算模型及計(jì)算參數(shù)的選擇40
• 3.2 五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析40-58
• 3.2.1 肋環(huán)型和施威德勒型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析40-46
• 3.2.2 凱威特型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析46-51
• 3.2.3 聯(lián)方型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析51-54
• 3.2.4 三向格子型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能分析54-58
• 3.3 五種旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼靜力性能比較58-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第4章 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)60-74
• 4.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)60-61
• 4.1.1 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)截面優(yōu)化60
• 4.1.2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化60-61
• 4.2 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼優(yōu)化設(shè)計(jì)兩級(jí)算法61
• 4.3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化數(shù)學(xué)模型61-63
• 4.4 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化求解方法63-65
• 4.4.1 截面級(jí)優(yōu)化63-65
• 4.4.2 形狀級(jí)優(yōu)化65
• 4.5 形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)及算例分析65-73
• 4.5.1 流程圖編制66-67
• 4.5.2 兩種所選單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化結(jié)果67-70
• 4.5.3 形狀優(yōu)化結(jié)果分析70-73
• 4.6 本章小結(jié)73-74
• 第5章 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼的穩(wěn)定性分析74-87
• 5.1 基本概念74-76
• 5.1.1 失穩(wěn)和屈曲的概念74-75
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)屈曲類型75-76
• 5.2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的有限元法76-77
• 5.2.1 特征值屈曲分析76-77
• 5.2.2 幾何非線性屈曲分析77
• 5.3 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)線性屈曲分析77-82
• 5.3.1 單層肋環(huán)型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼線性屈曲分析78-80
• 5.3.2 單層凱威特型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼線性屈曲分析80-82
• 5.4 單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)幾何非線性屈曲分析82-86
• 5.5 本章小結(jié)86-87
• 第6章 總結(jié)與展望87-90
• 6.1 總結(jié)87-88
• 6.2 展望88-90
• 參考文獻(xiàn)90-94
• 附錄94-97
• 后記97-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文及科研情況98

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：443313