五种拓展型柱面网壳形状优化设计

发布时间：2018-06-15 15:01

  本文选题：柱面网壳 + 拓展型　； 参考：《山东建筑大学》2012年硕士论文

【摘要】：网壳结构是由沿壳体曲面按一定规律布置尺寸较小且大致相同的网格组成的空间杆系结构,具有节省材料、受力均匀合理、刚度大、制作安装方便等优点,是当前大、中跨建筑结构中应用广泛的一类空间结构。网壳结构用钢量较大,对其进行优化设计具有明显的经济效益。 本文在单层基本型柱面网壳基础上,提出了拓展型柱面网壳结构,实现了拓展型柱面网壳的参数化建模及受力分析,在此基础上对拓展型柱面网壳进行了形状优化设计。 首先在基本型柱面网壳基础上,变换其矩形网格中斜杆分布规律提出了五种柱面网壳结构的拓展型,阐述了五种拓展型结构的结构特点；应用ANSYS软件自带的APDL参数化编程语言,编制了相应的宏程序,实现了五种拓展型柱面网壳的参数化建模；大量建模实例表明,该参数化建模方法和程序简单、高效、实用,为后续应用ANSYS软件进行不同类型和参数下多种网壳结构的受力分析和优化设计提供了极大方便。在参数化建模的基础上,推导了柱面网壳网格形状为等边三角形时的条件公式。 然后应用APDL语言编制了结构加载和施加约束的宏程序,在ANSYS软件平台上实现了对柱面网壳基本型和拓展型的受力分析,提取了杆件加载后的位移图和应力图。根据受力分析的结果,在矢跨比一定时,总结了加载后杆件最大位移和最大应力随跨度变化规律。然后在相同模型参数、位移约束及加载条件下对基本型与拓展型加载后的受力分析结果进行了对比分析,得到了柱面网壳在同一跨度、长度、矢高及网格数时不同斜杆分布对网壳受力特性的影响关系。 最后研究了离散变量两级优化算法,即在第一级截面优化采用相对差商法,第二级形状优化采用复形法。在此优化算法的基础上应用FORTRAN语言编制了柱面网壳形状优化程序,与ANSYS相互循环调用对单层柱面网壳的基本型与拓展型进行了形状优化；主要优化了杆件的结构重量、网格数和矢跨比。通过选取跨度从30m到80m、矢跨比从1/7到1/3共240个算例进行分析比较,得到了柱面网壳在同一跨度、长度、矢高及网格数时的不同斜杆分布对网壳结构总耗钢量的影响关系。
[Abstract]:The reticulated shell structure is a space bar system composed of small and roughly identical grids along the surface of the shell. It has the advantages of saving material, being reasonable in force, large in stiffness, and convenient in making and installing. It is a kind of space structure widely used in the large and medium span building structures. The structure of the reticulated shell is large in steel and is used in the structure. The optimal design of the line has obvious economic benefit.
On the basis of single layer cylindrical reticulated shell, an extended cylindrical reticulated shell structure was put forward, and the parametric modeling and stress analysis of the extended cylindrical reticulated shell were realized. On this basis, the shape optimization of the extended cylindrical reticulated shell was designed.
First, on the basis of the basic cylindrical reticulated shell, five kinds of cylindrical latticed shell structures are developed, and the structure characteristics of the five kinds of extended structures are expounded. The corresponding macro programs are compiled with the APDL parameterized programming language of ANSYS software, and the reference of five extended cylindrical latticed shells is realized. A large number of modeling examples show that the parameterized modeling method and program are simple, efficient and practical. It provides a great convenience for the subsequent application of ANSYS software in various types and parameters under different types and parameters. On the basis of parameterized modeling, the shape of cylindrical latticed shell is derived from an equilateral triangle. The conditional formula of the shape time.
Then the APDL language is used to compile the macro program of structure loading and constraint. On the ANSYS software platform, the stress analysis of the basic and expanding cylindrical latticed shells is realized. The displacement diagram and the stress after the rod are loaded are extracted. According to the results of the stress analysis, the maximum displacement and maximum of the rod after loading are summarized. Under the same model parameters, displacement constraints and loading conditions, the stress analysis results of the basic type and the extended type are compared and analyzed. The influence of the distribution of the cylindrical reticulated shell on the force characteristics of the reticulated shell is obtained when the cylindrical reticulated shell is in the same span, length, height and number of grids.
Finally, the two level optimization algorithm for discrete variables is studied, that is, the first level cross section optimization adopts the relative difference quotient method, and the second level shape optimization adopts the complex shape method. On the basis of this optimization algorithm, the cylindrical reticulated shell shape optimization program is compiled with FORTRAN language, and the basic and expansion of the single layer cylindrical latticed shell is circulated with ANSYS. In order to optimize the shape of the shape, the structural weight of the rod, the number of mesh and the ratio of sagittal span are mainly optimized. Through the analysis and comparison of 240 examples of the span from 30m to 80m and the total span ratio from 1/7 to 1/3, the influence of the distribution of the cylindrical reticulated shell on the total steel consumption of the reticulated shell structure at the same span, length, height and number of grids is obtained.
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU399

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本文编号：2022454