旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼參數(shù)化設(shè)計及穩(wěn)定性分析.pdf

1、網(wǎng)殼是一種類似于網(wǎng)架的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)以桿件為基礎(chǔ)，按照一定的規(guī)律通過節(jié)點(diǎn)連接組成網(wǎng)格，然后按殼體結(jié)構(gòu)布置成空間構(gòu)架。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不僅具有豐富多彩的建筑表現(xiàn)形式以及優(yōu)越的受力性能，還可跨越較大的距離（即有較大的跨度），所以網(wǎng)殼這種獨(dú)具特色的空間結(jié)構(gòu)形式越來越多的被用于現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中。
　　本文研究對象為單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼，這種結(jié)構(gòu)為正高斯曲率網(wǎng)殼，易形成內(nèi)力自封閉系統(tǒng)，能夠很好的抵消桿件之間的內(nèi)力，可用于各種體育場館、音樂廳

2、等;并且外形流暢優(yōu)美，結(jié)構(gòu)形式新穎，可以建立伊斯蘭建筑穹頂風(fēng)格的大矢高網(wǎng)殼，從而滿足一定的建筑要求。本文主要工作有:
　　(1)據(jù)旋轉(zhuǎn)拋物面方程Z=(-4f/S2)(x2+y2)f及比例系數(shù)t=(Nx-i)/(Nx-0.5)，參照六種典型球面網(wǎng)殼網(wǎng)格劃分特點(diǎn)，應(yīng)用APDL（ANSYS Parametric Design Language）參數(shù)化設(shè)計語言研制了網(wǎng)格類型分別為肋環(huán)、施威德勒、凱威特、聯(lián)方、三向格子且各圈桿件長度較均勻的

3、五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計方法及相應(yīng)宏程序;利用比例系數(shù)t克服了傳統(tǒng)投影法使網(wǎng)殼下部桿件越來越長這一缺點(diǎn);設(shè)計者只需輸入結(jié)構(gòu)跨度S、矢高f,環(huán)向?qū)ΨQ區(qū)域份數(shù)Kn、徑向節(jié)點(diǎn)圈數(shù)Nx，便能方便、快速地建立這五種不同類型的單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼模型。這為設(shè)計者對該類網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
　　(2)據(jù)空間解析幾何兩點(diǎn)間距離公式、應(yīng)用各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)公式將旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼宏觀幾何參數(shù)（S、f、Kn、Nx）與微觀參數(shù)（網(wǎng)格形狀及

4、大小、桿間角度、桿件長度等）建立網(wǎng)殼宏、微觀幾何參數(shù)數(shù)學(xué)模型。以肋環(huán)型旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼為例，以徑向桿件長度相等為條件，建立了關(guān)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)矢高f的顯函數(shù)關(guān)系式f=S√(Nx-0.5)[2.5-2i+2√i2-2i+0.75]/3,i=2,3,4…,Nx并得出實際工程中f可選取的范圍，從而大大減少了計算量，提高了工作效率。
　　(3)利用ANSYS軟件分別對五種單層旋轉(zhuǎn)拋物面網(wǎng)殼進(jìn)行了靜力性能分析，研究了五種網(wǎng)殼模型的受力特點(diǎn);并分別探

5、究了S、矢跨比、Kn、Nx對網(wǎng)殼靜力性能的影響，這為設(shè)計者對該類網(wǎng)殼設(shè)計時跨度、矢高、網(wǎng)格數(shù)如何選取能使網(wǎng)殼受力較好，奠定了一定的理論基礎(chǔ)。
　　(4)采用序列兩級優(yōu)化算法，選取兩種網(wǎng)殼模型以結(jié)構(gòu)總耗鋼量為目標(biāo)函數(shù)，以網(wǎng)格數(shù)(Kn、Nx)為設(shè)計變量對其進(jìn)行了形狀優(yōu)化。深入細(xì)致的分析了結(jié)構(gòu)的耗鋼量隨網(wǎng)格數(shù)、矢跨比及跨度的變化規(guī)律，并得出對應(yīng)具體某一跨度下、某一矢跨比時耗鋼量最少的最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)。該部分工作為實際工程中結(jié)構(gòu)在保證強(qiáng)度、剛度