大矢高脊线式叉筒网壳静动力学性能分析及形状优化设计

发布时间：2017-04-12 20:00

  本文关键词：大矢高脊线式叉筒网壳静动力学性能分析及形状优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：网壳结构拥有杆系及壳体结构的特性,受力均匀、刚度较大,有自重轻、钢材用量少、施工简单快速等优点。网壳结构造型新颖,具有艺术表现力。大矢高叉筒网壳与常规网壳相比更具活力和造型特点,其优美的造型可表现出意大利文艺复兴建筑风格。根据杆件连接方式的差别,单层脊线式叉筒网壳可分为：三向网格型、弗布尔型、联方型、单斜杆型、双斜杆型。本文主要工作有：1、据脊线式叉筒网壳空间几何特点及其脊线的几何方程,参照折板网壳建模方法及五种典型柱面网壳的网格划分方式,采用APDL (ANSYS Parametric Design Language)参数化设计语言研制了三向网格、联方、弗布尔、单斜杆、双斜杆五种单层脊线式叉筒网壳参数化设计方法和宏程序；选取特定圆弧作为脊线式叉筒网壳对称扇面的中轴线,克服了传统脊线式叉筒网壳矢高较小的问题；对该类结构施加静力载荷,通过分析比较不同矢高、跨度、环向区域份数、径向节点圈数及边界约束方式的位移云图和应力云图,归纳出上述因素对五种脊线式叉筒网壳结构静力性能的影响规律及敏感度,为单层脊线式叉筒网壳结构设计提供依据。2、据脊线式叉筒网壳空间几何特点和空间柱面解析几何方程,推导五种类型单层脊线式叉筒网壳的杆件微观几何参数(杆件长度、杆件之间夹角等)与结构宏观几何参数(跨度S、矢高f,环向对称区域份数Kn、径向节点圈数nx)之间的关系式；并通过联立方程式得到结构矢高f与跨度S及环向对称区域份数Kn、径向节点圈数nx的函数关系式,由该式可得出结构的最佳矢高,从而减少材料浪费,降低工程造价。3、以结构总重量为目标函数,采用分层(级)形状优化设计方法利用FORTRAN语言和ANSYS软件对三向网格型、单斜杆型、弗布尔型和双斜杆型网壳进行形状优化设计。通过分析环向区域分数Kn、径向节点圈数nx和网格的划分形式的变化对结构最优耗钢量的影响规律,得出该种网壳主要设计参数的最佳组合规律,为实际工程中该类网壳结构设计提供参考依据。4、在所研究的五种脊线式叉筒网壳结构中,选取静力性能及经济效益较优的三向网格型和弗布尔型叉筒网壳进行自振分析和地震响应分析。给出三向网格型和弗布尔型两种结构的振型和频率；对结构施加EL-CENTRO三维地震波,采用时程分析法分析结构在地震作用下的振动特性,导出节点位移时程曲线及震后位移云图；通过计算并分析跨度、矢高、环向份数、径向圈数等参数变化对结构震后位移的影响,得出两种类型脊线式叉筒网壳的地震响应规律,分析何种参数对该网壳结构的抗震性能影响较为敏感,为实际工程中该类网壳抗震设计提供了理论参考。
【关键词】：大矢高脊线式叉筒网壳 参数化设计 静力性能分析 形状优化设计 地震响应分析
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU399
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-18
• 1.1 网壳结构的历史与现状11-13
• 1.2 网壳结构的分类13
• 1.3 叉筒网壳的概念及特点13-15
• 1.4 叉筒网壳的研究现状15-16
• 1.5 主要研究内容16-18
• 第二章 结构参数化设计及几何参数的关系18-33
• 2.1 单层脊线式叉筒网壳几何描述及参数化设计方法18-20
• 2.1.1 几何描述18-19
• 2.1.2 参数化设计方法19-20
• 2.2 五种脊线式叉筒网壳参数化设计20-24
• 2.2.1 三向网格型叉筒网壳参数化设计20-21
• 2.2.2 联方型叉筒网壳参数化设计21
• 2.2.3 单斜杆型叉筒网壳参数化设计21-22
• 2.2.4 弗布尔型叉筒网壳参数化设计22-23
• 2.2.5 双斜杆型叉筒网壳参数化设计23
• 2.2.6 小结23-24
• 2.3 五种脊线式叉筒网壳的几何参数关系式推导24-29
• 2.3.1 三向网格型和联方型叉筒网壳几何关系式推导24-26
• 2.3.2 单斜杆型、弗布尔型和双斜杆型叉筒网壳几何关系式推导26-29
• 2.4 五种脊线式叉筒网壳的宏微观参数关系的应用29-32
• 2.4.1 最优矢高的确定29-31
• 2.4.2 径向节点圈数的确定31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 单层脊线式叉筒网壳的静力性能分析33-45
• 3.1 计算模型及边界条件33-34
• 3.2 五种脊线式叉筒网壳的静力分析34-36
• 3.3 脊线式叉筒网壳静力性能的影响因素36-44
• 3.3.1 跨度对脊线式叉筒网壳静力性能的影响36-38
• 3.3.2 矢高对脊线式叉筒网壳静力性能的影响38-39
• 3.3.3 网格划分对线式叉筒网壳静力性能的影响39-41
• 3.3.4 边界约束条件对脊线式叉筒网壳静力性能的影响41-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 单层脊线式叉筒网壳的形状优化45-62
• 4.1 优化设计理论45
• 4.2 优化设计数学模型45-47
• 4.2.1 设计变量45
• 4.2.2 目标函数45-46
• 4.2.3 约束条件46-47
• 4.3 优化设计求解过程47-49
• 4.4 网壳结构形状优化设计49-59
• 4.4.1 三向网格型脊线式叉筒网壳形状优化49-52
• 4.4.2 弗布尔型脊线式叉筒网壳形状优化52-54
• 4.4.3 单斜杆型脊线式叉筒网壳形状优化54-57
• 4.4.4 双斜杆型脊线式叉筒网壳形状优化57-59
• 4.5 网壳结构形状优化设计结果分析59-60
• 4.6 本章小结60-62
• 第五章 单层脊线式叉筒网壳的自振特性分析及地震响应分析62-77
• 5.1 脊线式叉筒网壳自振特性研究62-68
• 5.1.1 自振特性分析基本原理62-63
• 5.1.2 三向网格型和弗布尔型脊线式叉筒网壳结构的结构频率分布及振型63-66
• 5.1.3 跨度和矢高对基频的影响66-67
• 5.1.4 网格划分对基频的影响67-68
• 5.2 脊线式叉筒网壳地震响应分析68-76
• 5.2.1 时程分析法基本原理及EL-CENTRO地震波介绍68-70
• 5.2.2 三向网格型和弗布尔型脊线式叉筒网壳地震响应分析70-73
• 5.2.3 跨度和矢高对地震响应的影响73-74
• 5.2.4 网格划分对地震响应的影响74-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-80
• 6.1 总结77-78
• 6.2 展望78-80
• 参考文献80-84
• 附录184-86
• 附录286-87
• 附录387-97
• 后记97-98
• 攻读硕士学位期间论文发表及科研情况98

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘峰成;鹿少博;鹿晓阳;王磊;张萍;辛静;安然;;古亭阁建筑参数化设计与静力性能分析[J];山东建筑大学学报;2014年05期

2 陈亚若;鹿少博;鹿晓阳;陈世英;王巧莎;;传统建筑风格与现代网壳结构的融合——四坡与双坡坡屋顶折板网壳参数化设计与受力分析[J];山东建筑大学学报;2014年01期

3 鹿晓阳;张萍;陈世英;洪宁;陈亚若;;折板网壳结构参数化设计及受力特点分析[J];山东建筑大学学报;2013年01期

4 朱明亮;董石麟;;新型索承叉筒网壳的构形、分类与受力特性研究[J];空间结构;2012年02期

5 李永华;桂国庆;;相对运动法与绝对位移直接求解法算法误差分析[J];土木建筑与环境工程;2011年05期

6 齐月芹;李皓玉;;大跨度网壳结构优化设计研究[J];广东水利水电;2009年11期

7 董石麟;;空间结构的发展历史、创新、形式分类与实践应用[J];空间结构;2009年03期

8 沈世钊;;现代空间结构与奥运场馆建设[J];中国工程科学;2008年08期

9 吴卫中;周岱;赵尧军;马骏;;复杂形体大跨叉筒网壳结构的风场风载模拟[J];振动与冲击;2007年10期

10 赵淑丽;孙建恒;孙超;;点支承两向叉筒单层网壳结构非线性动力稳定分析[J];空间结构;2007年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 孙建梅;张其林;;大跨空间网壳结构抗震动力特性研究[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 焦云强;炼油企业氢气系统优化研究及应用[D];浙江大学;2013年

2 朱明亮;弦支叉筒网壳结构的理论分析与试验研究[D];浙江大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前6条

1 陈亚若;局部双层球面网壳的抗震性能分析[D];山东建筑大学;2014年

2 谢丽楠;单层椭球面网壳的静力特性及其稳定性分析[D];西安建筑科技大学;2012年

3 王超;六种典型带肋局部双层球面网壳的参数化建模及形状优化设计[D];山东建筑大学;2012年

4 吴卫中;复杂体型的大跨度单层叉筒网壳风振分析[D];上海交通大学;2006年

5 刘宗发;单层球面网壳的选型优化设计[D];重庆大学;2005年

6 林郁;拱支叉筒网壳稳定性分析与风压数值模拟[D];浙江大学;2004年

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本文编号：302003