工程网架结构参数化建模和动力特性分析工程网架结构参数化建模和动力特性分析摘 要网架结构是较好的大跨度屋盖结构形式，具有空间受力、刚度大、节省钢材、抗振性能好、建筑高度较小、造型美观等。目前，已有大型体育馆、展览厅、影剧院、工业厂房、仓库等千余座工程的屋盖采用网架结构，其广泛的应用前景促使人们对其展开深入研究。本课题就是将体育馆网架结构简化为双层网架结构模型，通过有限元软件ANSYS对其进行分析对计算结果的分析提出结构改进方案，对验证原设计和指导设计修改有重大的意义。在本课题中通过有限元分析软件自带的APDL语言实现网架的参数化建模，施加约束及加载，可以很有效的缩短网架的建模的时间，简化了网架的建模过程。通过ANSYS对网架在两种不同的支承情况下的静力分析进行比较，可发现网架的变形规律即网架的变形在X、Y、Z 方向都会交替出现，但在Z方向为主要变形。同时杆件的内力分布得出了不同约束时产生了变号，从而在工程实际施工中应给予考虑。用模态分析确定了网架结构的十阶模态振型及固有频率，便可以在设计与改进时使网架结构的固有频率避开其在使用过程中的外部激振频率。同时为之后的谱响应分析奠定基础。通过进一步的随机振动谱分析，采用地震波对网架结构进行计算，找出危险点的响应频率，从而使网架在工程实际情况中避免易产生共振的频率即网架的低阶频率。 关键词：双层网架；有限元法；静力分析；模态分析；谱分析AbstratGrid structure is a good large-span roof structure, with space force, stiffness, to save steel and anti-vibration performance and the height of the building smaller and the shape of aesthetics, etc. At present, there are large stadium, exhibition hall, theaters, industrial plants Block, thousands of warehouse roof using the network structure, it is widely used to promote its conduct in-depth studies. This subject is about making grid structure of gymnasium simplify to double-layer grids model,using finite element software ANSYS to analysis,then pose the plan of improved structure according to the results .It has great meaning to test originaldesign and guide design modify.In self simultaneous APDL language realizes the net rack among the problem by the fact that finite element method analyses a software parameterization build a model, Exert constraint and loading , can be effective shortening the process having covered the time building a model as with a net , having simplified covering a rack as with a net to build a model.Analyse the comparison being in progress by the fact that ANSYS puts up static force under two kinds different supporting condition to the net, Network can be found deformation that the grid deformation in X, Y, Z direction will take turns, But in Z direction as the main deformation. Meanwhile bar distribution of internal forces come to different constraints arising from the change, so the actual construction works should be considered.Using modal analysis to determine the grid structure of the 10-modal shape and natural frequency, we will be able to design and make improvements to the grid structure to avoid its natural frequency in the course of the external excitation frequency. After the same time as the harmonic response lay the foundation for analysis.Through further random vibration spectrum analysis, seismic wave of network structure, identify dangerous spots response frequency, so that the network in practical situations to avoid easy resonance frequency that grid of the lower frequency. Key word:Double-layer grids；Finite element method；Static；Mode analysis；Spectrum analysis目 录第一章 绪 论5. 前 言5. 课题背景6. 工程网架结构的概况及发展方向7. 有限元法的概述91.4.1 有限元法发展概况91.4.2 有限元法的基本理论9第二章 工程网架结构简介102.1网架结构的几何不变性分析102.2 网架结构的形式112.3 工程网架结构主要技术参数16第三章 工程网架结构的有限元分析173.1 有限元软件的发展趋势173.2 有限元分析软件ANSYS173.3 有限元进行工程分析的一般过程20第四章 工程网架结构参数化建模及动力特性分析204.1 工程网架结构的有限元建模204.1.1 模型简化与假设204.1.2 单元简介214.1.3 实常数的确定214.1.4 确定建模方案214.2 工程网架结构的静力分析224.2.1 线性静力学分析概述224.2.2 结构静力计算234.2.3 施加约束和加载234.2.4 求解及后处理254.3 工程网架结构的模态分析314.3.1 模态分析理论基础314.3.2模态分析基本理论324.3.3网架有限元模态分析334.4 工程网架结构的谱分析364.4.1 基本假定网架结构地震反应分析的基本原理364.4.2 网架结构的地震反应分析364.4.3 网架结构的随机振动谱分析37结 论40附 录42后 记45主要参考文献46第一章 绪 论. 前 言随着人类物质文明与精神文明的发展与提高，空间结构越来越受到人们的青睬。二十世纪以来，在全世界范围内空间结构都得到了很大的发展。空间结构经过一个世纪的不断发展，在结构形式方面，除了网架、网壳之外，膜结构、张拉整体体系、开闭屋盖、可折叠结构等都是空间结构的新成员。在空间结构领域中，网架结构以其造型美观、整体刚度好、抗振性能好、制造安装方便、能较好满足多功能需要等特点，在体育馆、展览厅、影剧院、工业厂房、仓库、飞机库等各类建筑中获得了广泛的应用，从而在空间结构领域中占有重要的地位。网架结构的设计与施工技术日趋成熟，网架的结构规模不断扩大，不论在工程实践还是在理论研究方面都取得了长足的进步。本篇论文就选择了双层网架结构作为研究。网架结构是采用大致相同的格子或尺寸较小的单元有规律的布置而组成的空间杆系结构。杆件主要承受轴力作用，截面尺寸相对较小，这些空间交叉的杆件又互为支撑，将受力杆件与支持系统有机地结合起来，因而用才经济，具有良好的空间受力性能。由于结构组成的规律性，大量杆件和节点的形状、尺寸相同，利于工厂成批生产，促成了经济的大跨度网架的出现。目前，由于计算机的推广与大量应用，及网架体系在一定假设基础上的日益完善，有限元法成为最主要的计算方法。它适用于分析各类型网架，可考虑不同边界条件和支撑方式，承受任意载荷，网架与下部支撑的共同作用。有限元技术已经成为计算机辅助分析的核心。用CAE方法可以减少或避免物理测试过程，通过计算机模拟各种载荷工况下零件或结构的工作状况，准确计算其变形和应力，使产品在设计阶段就能够对其各项性能进行评估，及早发现设计上存在的问题，从而大大缩减设计研发周期。ANSYS软件是融结构、热、流体、声学与一体，以有限元分析为基础的大型通用CAE软件，可广泛应用与机械制造、石油化、轻工、造船、航天航汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道、日用家电等一般工业及科学研究。它具有强大而广泛的分析功能、一体化的处理技术。基于此，本课题选用了双层网架作为研究对象，采用了美国建筑结构三维有限元分析软件ANSYS软件作为研究工具，首先在ANSYS中建立了网架的参数化模型，然后进行静、动力特性分析，以找出杆件内力分布、变形规律、固有频率及在地震作用下的位移响应。对验证原设计和指导设计修改有重大的意义。. 课题背景网架结构是一种高次超静定的空间结构，在国内外大跨度建筑中得到了广泛的应用。对于工程实际来讲，结构设计方案应当是经济合理的，因此只有采用优化设计方法才能较好地适应这方面的要求。而近年来网架结构倒塌事故的发生，使得人们对网架结构非线性行为的研究产生了浓厚的兴趣。由于它们的倒塌是突然发生的，因此在破坏前无明显预兆。空间网架的这种“脆性行为”已由一些实验结果和理论分析所证实。因此要想全面地描述网架结构的性能，以使结构设计具有足够的可靠性，必须分析网架结构的极限行为,从而达到在优化设计的基础上提高结构安全度的目的。这对于实际工程来说具有非常重要的意义。在工程网架的设计过程中将优化结果进行极限分析就可以得到结构的极限承载力，而在极限分析的基础上增大一些杆件的面积，则可以提高结构的极限承载力，但从极限设计的角度来说，按线弹性理论所进行的结构优化设计并不是一个最好的结果，结构尚具有很大的承载潜力。因此可以将结构优化设计、地震响应分析和极限分析相