APDL基于ANSYS的空间网架结构优化设计(2)
2.5.2 前期处理 ... 13
2.5.3 施加载荷并求解 ..... 13
第三章 网架结构的模态分析 ...... 16
3.1 模态分析相关概念 . 16
3.2 模态分析的意义 ..... 16
3.3 模态分析的步骤 ..... 16
3.4 网架结构的模态分析结果 ... 17
第四章 基于APDL的网架结构优化设计 .. 21
4.1 结构优化的三大要素 .... 21
4.1.1 目标函数 ... 21
4.1.2 设计变量 ... 21
4.1.3 约束条件 ... 22
4.2 优化算法介绍 .. 22
4.2.1 零阶方法 ... 23
4.2.1 一阶方法 ... 23
4.2.3 其他优化方法 .. 23
4.3ANSYS 分析过程简述 ..... 24
4.4 创建网架结构优化的数学模型 .. 25
4.4.1 确定设计变量 .. 25
4.4.2 确定目标函数 .. 25
4.4.3 设定约束条件 .. 25
4.5 网架结构优化设计的实现过程 .. 27
4.5.1 结果后处理 ...... 27
4.5.2 迭代循环 ... 28
4.5.3 输出优化结果 .. 28
4.5.4 结果分析 ... 30
总结 ...... 33
致谢 ...... 34
附录 ...... 35
参考文献 ..... 38
前言 传统的设计只是设计者在前人的基础上， 根据特定的要求去实现某一个方案，后期在做强度、刚度、稳定性等方面的校核，严格意义上来讲只是做力学分析和可行性分析，并没有节约材料节约成本上的考虑。所作出的方案也仅仅满足了可行性，没有体现出寻求最优解的意图。 优化的目的是在满足规定要求的同时，要考虑材料的合理、结构的轻量化以及成本的低廉等因素。因变量形式的不同，可供参考的优化方案会有很多种，设计者的目标是找出所有可行性方案中最合理的一种。因此，只要存在不同的可行性方案，作为设计者就该对其进行优化，找出最好的方案。由于网架结构在大跨度建筑方面的优势越来越明显，如车站、体育馆、厂房等。同时网架结构也暴露出一些缺点，如节点质量太大，导致整体网架结构重力过大，因此各种结构的建设方案也越来越受到设计者的关注 本文采用 ANSYS 软件，以某体育馆双层平面网架为研究对象，用杆单元建立了该网架的的有限元模型，对其进行静力分析，得到了该网架的变形和应力参数；在静力分析的基础上建立优化设计模型，对杆件尺寸和网架高度进行优化分析，以得到网架重量最轻、最为经济的结构方案。为网架的设计和改进提供一定的参考。 4
1.1 网架结构单元类型 随着网架结构在建筑系统中地位的逐渐提高，人们对它的研究越来越深入，所以出现了很多形式的网架结构。 常见的网架结构主要分为以下四类：桁架结构，四角锥结构，三角锥结构，吹冰角锥结构。每一种结构单元又是由最基本的杆单元和节点球组合而成。 （1）第一类，基本单元为桁架。这种桁架结构由一根上弦杆、一根下弦杆、一根腹杆和两根竖杆组成。五根杆组成了一个网片，很多相同的网片又通过共同的腹杆和竖杆组成网架体，如图1-1所示。桁架结构的受力特点：不承受剪切和弯矩。 图1-1 平面桁架结构基本单元 （2）第二类，基本单元为四角锥，这是最常见的一种结构。这种单元由四根腹杆和四根上弦杆组成，八根杆组成一个四角锥单元，更多的倒置四角锥单元通过上弦杆和下弦杆组成了网架体，如图1-2所示。 图1-2 正放四角锥网架 （3）第三类，基本单元为三角锥。和四角锥类似，这种结构由三根腹杆和三根上弦杆组成三角锥单元，很多倒置的三角锥又组成了空间网架体，如图1-3所示。与桁架和四角锥不同的是，其每个面都是三角形，所以所组成的空间结构有着特殊的性能。1.2 网架的几何尺寸 网架的几何尺寸包括两个：一个是网格尺寸，另一个是网架高度尺寸。
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