基于APDL的大跨度拱形立体管桁架的优化设计

发布时间：2017-03-23 17:13

  本文关键词：基于APDL的大跨度拱形立体管桁架的优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨度拱形立体桁架结构具有节点简单、造型优美、受力清晰以及施工便利等方面的优点,被广泛应用于各种建筑工程当中。但该种结构用钢量大,结构的优化设计凸显为一个重要的课题。因此,采用有效的优化算法对该种结构进行优化设计,使整个结构在满足规范要求及特定条件下最大限度地节约材料、降低成本,具有重要的经济意义。本文针对拱形立体桁架结构的特点,建立了将桁架的杆件截面面积作为离散设计变量、桁架截面高度作为连续设计变量,将桁架结构的总质量作为目标函数,同时考虑桁架强度、刚度、稳定性和截面尺寸等约束条件的数学模型。以ANSYS软件中零阶方法和等步长随机搜索方法为基础,通过编制优化程序对大跨度拱形立体桁架进行了离散变量的优化设计。利用APDL语言对截面形式为三角形的拱形立体桁架结构进行了参数化建模,并设计了几何模型参数输入对话框,用户只要输入相应的参数,即可生成模型,间极大地了减少建模的时。通过对不同矢跨比的截面形式为三角形的拱形立体桁架结构进行优化设计,给出设计该类结构时的矢跨比、经济矢跨比范围。最后,对优化前后的该结构进行了抗震分析,并分析是否满足抗震规范的要求。研究结果表明:优化后该结构的用钢量明显减少,由184.99t减少到155.72t,钢材节约了15.82%,优化效果明显。建议设计截面形式为三角形的拱形立体桁架结构时,矢跨比的取值范围为1/10~1/4,经济矢跨比出现在1/9~1/8范围左右。
【关键词】：拱形立体桁架 优化设计 APDL语言 离散变量 抗震分析
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU758.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 拱形立体桁架结构的特点及应用11-13
• 1.3 结构优化设计的研究现状13-17
• 1.3.1 结构优化设计的发展和现状13-14
• 1.3.2 拱形立体桁架结构优化设计的研究现状14-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-20
• 第2章 结构优化设计基本理论20-34
• 2.1 优化设计的三大要素20-21
• 2.1.1 目标函数20
• 2.1.2 设计变量20-21
• 2.1.3 约束条件21
• 2.2 结构优化设计的数学模型21-22
• 2.3 迭代的收敛条件和终止迭代的准则22-23
• 2.3.1 点列收敛的柯西准则22
• 2.3.2 迭代计算的终止准则22-23
• 2.4 基于ANSYS优化设计的基本理论23-31
• 2.4.1 ANSYS参数化设计语言APDL23-24
• 2.4.2 ANSYS优化设计的基本概念24-25
• 2.4.3 ANSYS的优化方法25-30
• 2.4.4 ANSYS优化设计的基本步骤30-31
• 2.5 本章小结31-34
• 第3章 拱形立体桁架结构的设计与计算34-46
• 3.1 网格结构的主要设计参数34
• 3.1.1 桁架截面高度34
• 3.2 结构的应力和挠度控制34
• 3.3 结构的杆件设计34-36
• 3.3.1 杆件材料的选用34-35
• 3.3.2 杆件的长细比35
• 3.3.3 杆件的截面选择原则35-36
• 3.4 杆系有限元理论-空间桁架位移法36-40
• 3.5 基于APDL拱形立体桁架的参数化建模40-44
• 3.5.1 计算模型的基本假定40
• 3.5.2 参数化建模过程40-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第4章 基于APDL大跨度拱形立体桁架优化设计46-64
• 4.1 工程概况46-47
• 4.2 数学模型47-49
• 4.2.1 设计变量47
• 4.2.2 约束条件47-48
• 4.2.3 目标函数48-49
• 4.3 优化设计的实现过程49-57
• 4.3.1 建立计算模型49-52
• 4.3.2 施加荷载和边界约束52-54
• 4.3.3 求解并提取结果参数54-56
• 4.3.4 进入OPT优化模块56-57
• 4.4 优化设计的结果分析57-61
• 4.5 拱形立体桁架的矢跨比分析61-63
• 4.6 本章小结63-64
• 第5章 优化前后拱形立体桁架结构地震反应分析64-74
• 5.1 模态分析64-69
• 5.1.1 模态分析基本理论64-66
• 5.1.2 结构模态分析66-69
• 5.2 结构地震反应时程分析69-72
• 5.2.1 时程分析法69
• 5.2.2 地震波的选取69-70
• 5.2.3 地震作用下结构的地震反应70-72
• 5.3 本章小结72-74
• 结论与展望74-76
• 结论74
• 展望74-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-82
• 作者简介82
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果82-83

【参考文献】

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本文编号：264204