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轻型折叠网壳结构的优化设计研究

作　者: 张锋
导　师: 颜卫亨
学　校: 长安大学
专　业: 结构工程
关键词: 折叠网壳结构选型优化设计可靠度全过程
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

折叠结构作为一种新型结构体系,经过几十年的发展,已经产生了多种结构形式,轻型折叠网壳结构是在其基础上产生的一种折叠式轻型金属结构体系,具有便于运输储存、可重复使用、搭建快速的特点。但轻型折叠网壳结构设计还处于探索阶段,目前没有统一的设计标准。为了能发挥轻型折叠网壳结构的机动性和折叠后储存运输的方便性,使结构既有较轻的重量,又有其合理的受力性能,这就需要对结构进行最优化设计研究。在全面的、系统的探讨分析轻型折叠网壳结构的构成机理、结构选型、节点设计、荷载计算及构造处理等结构初步设计的基础上,运用结构的优化设计原理,建立轻型折叠网壳结构的优化数学模型,并针对一典型轻型折叠网壳结构的12种工况,应用ANSYS提供的APDL语言编制参数化有限元程序实现结构的优化设计,得出轻型折叠网壳结构优化设计的主要因素,为合理设计轻型折叠网壳结构提供了理论支持。同时利用APDL语言将结构分析与统计分析模块PDS相结合,对经优化后的轻型折叠网壳结构运用Monte-Carlo法进行了10000次随机抽样来对结构的可靠性进行计算,来评测优化结果的安全性。得出结构的失效主要由位移控制,并且主要承力构件对可靠度具有很大的影响。最后本文运用结构的荷载-位移全过程方法对位移向量最大点进行全过程跟踪,优化结果同结构经常规设计的足尺试验结果对比分析,表明结构具有相同的受力性能,论证了优化结果的正确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 轻型折叠网壳结构及其发展状况  10-12
    1.1.1 轻型折叠网壳结构概述  10-11
    1.1.2 轻型折叠网壳结构发展及其研究现状  11-12
  1.2 轻型折叠网壳结构优化设计发展及应用  12-17
    1.2.1 结构优化理论发展概况  13-15
    1.2.2 优化理论在轻型折叠网壳结构中的应用情况  15-16
    1.2.3 轻型折叠网壳结构优化设计方法选取  16-17
  1.3 轻型折叠网壳结构可靠度计算和结构全过程分析现状  17-18
    1.3.1 轻型折叠网壳结构的可靠度计算现状  17-18
    1.3.2 轻型折叠网壳结构的荷载—位移全过程分析现状  18
  1.4 本文的主要研究内容  18-20
第二章轻型折叠网壳结构的初步设计  20-32
  2.1 轻型折叠网壳结构的几何选型  20-22
  2.2 轻型折叠网壳的结构选型  22-26
    2.2.1 外加锁式折叠网壳结构  23-24
    2.2.2 几何自稳定式折叠网壳结构  24-26
  2.3 轻型折叠网壳结构的节点选型  26-27
  2.4 轻型折叠网壳结构的荷载计算方法  27-29
    2.4.1 轻型折叠网壳结构覆盖层自重计算  27-28
    2.4.2 轻型折叠网壳结构的雪荷载计算  28
    2.4.3 轻型折叠网壳结构的风荷载计算  28-29
  2.5 轻型折叠网壳结构的构造处理  29-31
    2.5.1 轻型折叠网壳结构覆盖层材料  29-30
    2.5.2 轻型折叠网壳结构与地基的连接  30-31
  2.6 小结  31-32
第三章轻型折叠网壳结构的结构优化设计  32-55
  3.1 结构优化的理论基础  32-39
    3.1.1 结构优化设计的数学模型  32-33
    3.1.2 收敛中止判断  33-34
    3.1.3 结构优化设计的方法  34-39
  3.2 ANSYS软件及其优化设计模块介绍  39-41
    3.2.1 ANSYS优化基本概念  39
    3.2.2 ANSYS优化方法  39-41
  3.3 轻型折叠网壳结构的结构优化设计算例  41-54
    3.3.1 轻型折叠网壳结构的荷载工况计算  43-44
    3.3.2 轻型折叠网壳结构优化设计的数学模型  44-46
    3.3.3 基于APDL的轻型折叠网壳结构优化基本过程  46-49
    3.3.4 计算结果整理和分析  49-54
  3.4 小结  54-55
第四章轻型折叠网壳结构的可靠度及其荷载—位移全过程分析  55-76
  4.1 轻型折叠网壳结构的可靠度计算方法  55-67
    4.1.1 轻型折叠网壳结构的可靠度介绍  55-57
    4.1.2 结构体系可靠度  57-58
    4.1.3 结构可靠度计算方法  58-60
    4.1.4 计算结构可靠度的ANSYS实现  60-64
    4.1.5 轻型折叠网壳结构可靠度计算结果分析  64-67
  4.2 轻型折叠网壳结构的全过程分析及其计算方法  67-75
    4.2.1 轻型折叠网壳结构的屈曲分析理论基础及其实现方法  67-70
    4.2.2 特征值屈曲分析(线性分析)  70-71
    4.2.3 非线性屈曲分析  71
    4.2.4 基于ANSYS的轻型折叠网壳结构荷载—位移全过程分析的实现及其结果分析  71-75
  4.3 小结  75-76
结论与展望  76-78
  主要结论  76
  对后续工作的展望  76-78
参考文献  78-81
攻读硕士期间发表论文情况  81-82
致谢  82

轻型折叠网壳结构的优化设计研究

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