开孔双层球面网壳结构的优化设计分析

以某火力发电厂干煤棚双层球面网壳结构为工程背景,以结构用钢指标为目标函数,利用有限元 软件 ANSYS 对该开孔双层网壳结构进行弹性阶段的整体优化计算,优化后节省钢材约 28.4%;进一步应用 ANSYS 参数化设计语言（APDL）进行编程,分析了网壳矢高、网壳厚度和杆件截面面积三个因素对用钢指标 的影响规律：本网壳结构用钢指标对网壳厚度变化最为敏感,杆件截面面积变化的影响次之,矢高变化对结 构用钢指标影响最小。     

局部单双层网壳的初步优化

局部单、双层网壳结构的设计涉及截面、形状和拓扑优化。为满足初步设计对计算效率的要求,采用均匀设计法来实现结构的多级别优化。实验设计使用现有的网壳结构设计软件,对计算结果进行回归分析,得到指标(用钢量、变形、基频和最小非线性屈曲荷载)与变量(网壳矢高、单层部分范围和单层部分杆件设计应力比)之间的近似函数关系。求解简单的规划问题,得到变量之间的最优水平组合。一个点支承六边形局部单、双层网壳的比较设计说明了方法的效率和可靠性。     

单层球面网壳的优化设计

提出了单层球面网壳结构的一种优化设计方法，它是一种以网壳的总造价为目标函数，取网壳的网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积作为优化设计变量，采取直接搜索法与准则法相符合的优化设计方法。基于用Fortran90软件编制的优化设计程序，对单层球面网壳结构进行了大量的计算，用回归分析得出网壳最优网格数、矢高、杆件截面面积和节点体积，同时使杆件面积规格化，以便直接用于实际工程。     

双层Kiewitt型球面网壳优化设计

以网壳的曲率半径、厚度、对称扇形曲面的个数、层数以及杆件截面积为设计变量,对双层Kiewitt型球面网壳以总造价为目标进行结构优化设计,结果表明,总造价降低22.36%,比常见的只对构件截面尺寸优化(总造价降低8.50%)的优化效果显著.     

铝合金双层球面网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象，分析了其结构随参数变化的自振特性，采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析，在此基础上分别研究了铝合金双层网壳与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下结点随参数变化的位移响应及其杆件轴向应力响应．研究结果表明，铝合金网壳与钢网壳在结构相同的情况下，其自振特性基本相同，对地震荷载引起的位移响应，铝合金网壳要略大于钢网壳，而铝合金网壳杆件轴向应力远远小于钢网亮，因此用铝合金取代钢材具有可行性．     

基于Tabu算法的双层圆柱面网壳结构的优化

将Tabu搜索方法用于双层圆柱面网壳结构优化，以网壳造价最低为目标，对网格尺寸、网壳厚度、矢跨比等网壳结构参数进行了优化计算，算法采用二进制和十进制两种编码方案，并与经典的遗传算法网壳结构优化进行了比较，结果表明：Tabu搜索方法具有更强的全局寻优能力，是一种很有应用前景的网壳结构优化方法．     

空腹网壳结构的静力稳定性与极限承载力研究

针对空腹网壳结构的静力稳定性及其极限承载力问题,应用非线性有限元法进行了研究.采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析两种分析方式考查了空腹网壳结构的屈曲模态和失稳全过程,通过大规模的几何参数分析,计算得到了矢跨比、网壳厚度、腹杆截面等参数取不同数值时的结构极限承我力,并与单层网壳结构进行了对比.结果表明,空腹网壳结构以整体失稳为主,在用钢量相同的情况下极限承载力比单层网壳结构提高2.87倍.空腹网壳结构既具有单层网壳结构简洁美观,又有双层网壳结构的稳定性好和承载力高的优点,是一种优良的结构形式.     

周边双层中部单层球面网壳的稳定性分析

以大连某实际网壳结构为工程背景,应用几何非线性有限元法对周边双层中部单层球面网壳结构进行了全过程分析.借助弧长法跟踪结构的荷载-挠度曲线,研究了球面网壳结构的屈曲过程,探讨了不同规格的杆件截面和周边双层网壳对球面网壳整体稳定性的影响.最后,得到了一些有意义的结论.     

大跨度双层扭网壳结构的优化分析

在构造双层扭网壳结构优化的最小造价目标函数后,以网壳结构的矢跨比、网格尺寸、网厚度为设计变量,采用0.618法与穷举法,编制了优化设计程序LSD,通过优化计算,得出结构在轻屋面体系时,跨度在50～80 m的最优网格尺寸和厚度,并将计算结果归纳为经验公式.     

LNG储罐穹顶带钢板网壳施工全过程稳定性分析

为分析带钢板网壳在穹顶混凝土施工全过程期间的稳定性能与承载能力,利用ANSYS有限元分析软件建立精细化有限元模型,对其进行非线性荷载-位移全过程分析,利用能量误差方法评估并确定合理的单元网格划分尺寸,通过获取屈曲临界点处的屈曲模态形式,确定带钢板网壳的合理初始几何缺陷形式;探讨了蒙皮钢板对网壳稳定承载力的影响,以及钢板厚度、网壳杆件截面尺寸、矢跨比、初始几何缺陷等参数对带钢板网壳稳定性能的影响规律.分析结果表明:钢板蒙皮显著提高了网壳承载力;1/8~1/5矢跨比范围内,随矢跨比的增加,结构极限承载力最大增幅可达87.3%;带钢板网壳对初始几何缺陷具有高度敏感性.     

除尘器壳体纵梁承载性能的非线性分析

大型电除尘器钢结构为空间杆系与壳体混合结构体系,杆件种类多,受力状态复杂。传统的设计方法不能明确结构体系的承载性能,需进一步分析其非线性承载性能,并优化结构体系和构件截面。运用有限元软件ANSYS,对某大型电厂300MW机组电除尘器壳体钢结构纵向大梁(仅有弯矩作用下及较大轴力、弯矩共同作用下)建立有限元模型,对整体结构进行静力分析、特征值屈曲分析及极限承载力分析。以分析结果为依据对仅有弯矩作用下的纵梁提出优化方案建议。计算结果表明,两类梁模型均满足设计荷载下的承载能力要求。     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明：大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.     

考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl-Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究了单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明：Prandtl-Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P-R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带;损伤累积效应一方面会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程,另一方面也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。     

营口市奥体中心体育馆屋盖结构优化选型

为得到营口市奥体中心比赛用馆屋盖结构的合理形式,基于通用有限元软件ANSYS及自主开发的辅助接口程序,对双层网壳及弦支网壳的两种结构形式进行了细致的受力分析,通过结构位移、支座反力、杆件内力及用钢量等参数的对比,确定了屋盖结构采用下层索在同一斜平面内的弦支网壳形式;同时对此结构形式进行更全面更具体的优化设计,从结构的总体变形、内力响应、用钢量等方面验证了此结构形式的合理性及可行性.     

局部双层柱面网壳与单层网壳的对比分析

合理的局部双层网壳结构能够较好的解决单层网壳承载力低、整体稳定性较差以及双层网壳由于杆件、节点较多造成结构繁杂的缺点,近年来得到了较多的应用.以正交正放局部双层柱面空腹网壳为例,通过与相同跨度及截面下单层网壳的对比,详细阐述了局部双层网壳在承载力、稳定性及经济指标上的优越性,得出了一些对工程设计具有指导意义的结论.     

某体育馆联体异形网壳的优化设计

介绍了体育馆联体异形网壳的结构设计,对网壳杆件在多种工况下的优化方法进行探讨,并应用ANSYS对网壳进行整体稳定校核,介绍联体异形网壳施工图绘制的方法.     

双层壳结构抗冲击性能仿真研究

对潜艇结构冲击响应(加速度)的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据.以某潜艇的结构和型线为基础,利用大型有限元计算软件ANSYS/LS DYNA计算了双层壳结构在改变外层壳体(简称外壳)及内层壳体(简称内壳)的厚度时的冲击环境,分析了双层壳结构在不同工况下的冲击响应,讨论了外壳和内壳对双层壳结构冲击环境的影响.通过数据分析表明:在改变外壳及内壳板厚的情况下,外壳及内壳的冲击响应(加速度)近似服从威布尔分布,内部结构的冲击响应近似服从正态分布;在同一冲击因子下,改变外壳板厚和内壳板厚对结构各部分的冲击响应影响不同.这对于潜艇的抗爆炸抗冲击分析及合理的结构形式具有重要意义.     

多跨钢结构折形人行吊桥的吊杆参数优化研究

以某博物馆室内多跨钢结构折形人行吊桥为研究背景,利用ANSYS建立有限元模型。应用ANSYS一阶优化方法,将吊杆的初始张拉力和截面积作为设计变量,以吊杆的应力作为状态变量,以所有吊杆的总体积作为目标函数来对吊桥吊杆进行优化设计。结果显示,结构优化后受力更加合理,且具有更优的经济指标。     

结构参数变化对双层圆柱壳冲击响应的影响

为了研究潜艇结构在水下爆炸作用下的响应特点和潜艇结构参数变化对其冲击响应的影响,该文在大型有限元计算软件ANSYS/LS-DYNA环境中仿照潜艇结构设计了一个双层圆柱壳体,并对其在相同冲击因子、不同结构参数下的冲击环境进行仿真.以冲击加速度为主要数据,分析了改变内壳板厚、外壳板厚、肋骨尺寸、肋骨间距等结构参数对冲击响应的影响.通过引入各种无量纲化结构参数,得到了双层圆柱壳结构有利于抗冲击的结构参数取值范围,对潜艇抗冲击设计有参考价值.