ANSYS的索膜结构找形系统研究

索膜结构找形在ANSYS上实现时,由于找形过程步骤复杂以及ANSYS软件本身的特点,存在学习周期长,对用户分析能力要求高的问题。通过分析索膜结构有限元法找形的原理,总结提炼索膜结构找形的步骤,给出了其在ANSYS上实现的方法,并且应用APDL参数化有限元分析技术及UIDL用户接口定制技术对ANSYS进行二次开发完成了找形系统。实例验证了找形系统的实用性和可靠性。为工程设计人员进行找形计算节约了时间,为以后找形系统的研究和开发提供了思路和参考价值。     

索膜结构平衡法找形分析

目前,索膜结构的找形分析以非线性有限元法等数值分析法为主.这些方法依据本构关系建立节点位移与节点不平衡力间的刚度方程,进而迭代求解.计算时若初始形状与找形形状差异较大,则会使迭代计算发散.笔者从平衡条件出发,将索膜结构的找形过程视为大位移小应变的形状几何问题,从而引入平衡方法进行了找形分析.通过算例计算分析,得出该方法在初步找形方面具有简单、快捷、不依赖经验等优点,但尚需与荷载分析、裁剪分析结合来进一步探讨该方法的优势和不足.     

膜结构初始形态确定的研究

详细介绍了用于薄膜结构初始形态确定的非线性有限元法分析方法,并分别编制了相应的计算程序．对具体膜结构的算例进行了初始形态确定计算,算例表明这是一种较为有效的方法．     

充气式索膜结构的找形分析

充气膜结构本身需要通过压差作用才能形成完整的结构,从而具备一定的刚度来支撑自重和外载荷.为加强结构的承载能力,通常会增设强度更大的索结构进行调整. 对于充气式索膜结构,找形分析在形状设计和优化中具有十分重要的作用,而压差对结构的形态分布有显著的影响,是找形分析中的重要因素. 针对充气式索膜结构受压差作用的特点,基于非线性有限元找形方法,提出压差预置法的概念,并且与节点平衡法相结合来实现优化.在此基础上,针对飞艇索膜结构的具体设计要求,提出了多目标优化的找形分析方案,先结合使用压差预置法和节点平衡法,寻找出满足索和膜结构的应力比值的几何外形;然后,通过等比例缩放的方法调整大小,最终得出满足设计体积大小的几何形状. 结果表明,采用该方法找形后的索的应力为找形前的2倍,更加充分的发挥了增强索的承载作用,同时,膜的最大应力有所降低,应力分布更加均匀,整体结构的承载能力得到了加强,对于解决实际工程问题具有重要的参考意义.     

充气膜结构有限元找形的体积微分法

为确定充气膜结构找形分析时,在内压已知情况下膜面张力的大小,根据多元函数泰勒展开公式推导了该类结构充气膨胀的体积微分方程,并由基于U.L.格式的非线性有限单元法,建立了以节点位移和膜面初始张力为未知量的平衡方程,编制了在给定内部气压及膨胀体积情况下的找形分析程序。对球面及圆柱面充气膜结构进行了找形计算,得到的数值结果与由球面及圆柱面的矢高、内压、初始张力相互关系得到的理论解进行比较并得到了验证。计算结果表明,提出的基于有限元的体积微分法可有效的用于充气膜结构的找形分析。     

大跨度充气膜结构形态分析方法研究

为求解大跨度充气膜结构的准确形态,阐述了一种形态分析方法.分析流程为构建初始形、假定初始态、迭代求解预应力及变形、逆向变位改变初始形、逆位移形再迭代计算、求得平衡形态.以某充气膜结构为例计算,平衡形态下最小von mises应力为0.723×106 N/mm2,最大von mises应力为13.4×106 N/mm2....     

敞篷式体育场膜结构找形分析

采用基于非线性有限元理论的形态结合法对敞篷式膜结构进行了找形分析。首先介绍了相关理论和相应有限元计算公式,通过提升支座,得到膜面的初始曲面,即“形”;然后在此形状基础上,通过温度作用对膜施加真实的预应力,迭代计算得到了真实的膜面预应力分布,即“态”,实现了“形”与“态”的结合,得到了最终膜结构的形状;最后对郑州大学新校区综合体育场膜结构工程进行了找形分析。结果表明,该方法能够快捷、精确地得到敞篷式膜结构的曲面形状,对更加合理地设计膜结构具有重要意义。     

张拉膜结构的有限元分析

膜结构具有复杂的造型、独特的空间曲面与合理的受力机理。采用非线性有限元理论,对马鞍形膜结构进行了初始平衡形态的确定和均布荷载下的应力分析,研究了单双轴弹性模量对于理论分析结果的影响。研究结果表明膜面最大应力采用双轴弹性模量的分析结果比采用单轴弹性模量的分析结果大10％以上,使用单轴弹性模量的有限元模型偏于不安全,且双轴弹性模量更能反映膜材料的实际情况,工程设计时应该采用双轴弹性模量来进行分析。     

控制网格变形的动力松弛法膜结构找形分析

采用动力松弛法对膜结构找形分析时,为了防止节点的聚集以获得更精确的膜曲面,提出了一种新的控制网格变形的找形技术.膜单元采用平面三角形单元描述,在单元每两节点间引入了与单元边长变化速率成正比的阻尼项,通过阻尼项产生的节点力来控制网格在找形过程中的变形.对悬链面找形时发现,当黏性系数不大于0.7时,动力松弛法收敛,网格节点分布较无阻尼时均匀.对Scherk-1ike曲面找形时发现,能够控制网格变形且满足收敛性的黏性系数的上限为1.5.此方法能够有效地解决膜结构找形分析中网格的大变形问题,保证了单元密度,特别是克服了曲率较小处网格过于稀疏的缺陷.     

张弦立体桁架支撑的带飞杆的膜结构找形分析

张弦立体桁架支撑的带飞杆的膜结构集膜结构、飞杆与张弦立体桁架等多种受力特性于一身.给出了带飞杆的膜结构找形分析时在ANSYS上的实现过程和关键处理,并以青海省西宁市亲水中心大厅屋盖为案例进行了找形.结果表明,找形形状接近建筑初步设计造型的要求,且膜上的应力分布比较均匀.通过提升后与最终找形飞杆顶端节点的竖向坐标值对比,证实了带飞杆的膜结构找形时必须和弹性构件一起联合找形.张弦立体桁架支撑的带飞杆的膜结构找形分析时可不考虑结构自重,但需要考虑张弦立体桁架支撑的协同作用.     

H形柱传统弱轴连接抗震性能的有限元分析

为研究H形柱传统弱轴连接节点的抗震性能,对已有缩尺试验进行了有限元模拟和8个足尺模型的有限元模拟分析.通过与缩尺试验模型相同尺寸的有限元模型对试验进行了模拟,两者吻合较好.并且对8个足尺有限元模型结果的分析和对比,得出了该种连接的抗震延性、塑性转动能力等相关结论.并给出了对该种连接不足之处的一些改进建议.     

SolidWorks分割线特征在有限元分析中的应用

Solidworks是一款功能强大的三维CAD软件。在使用solidworks对零部件进行有限元分析过程中,约束和载荷条件是关键。提出通过巧用分割线特征对零件表面进行分割的方法,解决了某些场合载荷约束条件添加困难的问题,提高分析结果的精确性。     

柔性边界索网结构受力分析

提出一种以双向多跨连续,柱间以索桁架连接的柔性边界索网结构,并结合天津一汽成品车停放场悬索工程,运用通用有限元分析软件ANSYS对其进行非线性有限元分析,并与一般边界为刚性的索网结构受力性能进行了比较。索桁架作为结构的柱间支承,在保证其预应力情况下, 有足够的刚度承担竖向荷载以保证其结构的稳定,结构的索桁架和索网能够很好地协同工作;在经济性能有很大的优势,使结构耗钢量比单跨刚性边界索网结构有较大的降低。分析结果表明柔性边界索网结构是一种理想的新型结构形式。     

曲壳单元与三维体元的耦合连接及其在坝－地基分析中的应用

本文讨论工程结构有限元分析中等参三维六面体单元（ＩＰＱＳ）与一般曲壳单元（ＳＨＥＬＬ）的耦合连接，以便获得对实际工程问题更满意的数值模拟模型．     

索穹顶结构的有限元法分析和张拉施工方法

回顾了全张力体系的概念以及索穹顶结构的发展历史,介绍了索穹顶结构的优缺点．以有限元分析理论为基础,采用五节点空间曲线索单元的非线性有限元法分析推导了索穹顶结构的非线性位移关系、几何关系、物理关系、本构关系以及平衡方程．最后结合模型和工程实际,提出索穹顶结构的张拉施工方法．     

上海旗忠网球中心施工全过程有限元分析

为了研究由倒锥台型空间预应力混凝土结构看台及安装8片巨型叶片的可开启式钢屋盖组成的上海旗忠网球中心结构体系的施工过程,应用子结构法对上海旗忠网球中心预应力混凝土看台结构施工全过程进行了有限元分析,并进行了施工监测。分析与监测结果表明：上海旗忠网球中心施工质量良好,满足设计要求;应用子结构法明显减少了数据输入、总刚度矩阵阶数以及系统方程求解的工作量,可以实现大型空间结构的施工全过程模拟。     

ANSYS在砌体结构非线性有限元分析中的应用研究

在采用ANSYS进行砌体结构非线性有限元分析时,目前还缺乏可以借鉴的普遍性研究结论。论文根据程序特点和研究问题的本质,探讨了ANSYS应用于砌体有限元分析时模型建立、材料本构、破坏准则、迭代算法、收敛准则、预应力的模拟等问题,以典型试验结果为基础,通过算例分析探讨了其适用性,并提出了相关建议。     

交通荷载作用下路基动力有限元分析

将高速公路路基路面视为平面应变问题,通过模拟交通荷载,建立了动力有限元计算模型,探讨了路基动力响应与各种影响因素的关系,并揭示了各影响因素之间的变化规律,对公路的建设管理有一定的指导意义．     

钢-混凝土组合扁梁受力性能的有限元分析

钢-混凝土组合扁梁是将钢梁内嵌于混凝土之中的新型组合梁，它能最大限度地降低结构的高度，形成类似”无梁楼盖”的结构体系，已在住宅钢结构中推广应用，其承载性能和设计方法研究引起了结构工程界的关注．本采用通用有限元程序ANSYS研究了组合扁梁的承栽力问题，通过建模计算了简支组合扁梁、悬臂组合扁梁和框架组合扁梁的承载力和变形特征，得到了相应的荷栽-位移过程曲线，并与组合扁梁的试验结果进行了比较，验证了计算结果的正确性．