第1章 绪论 1
1.1 空间钢结构概述 1
1.1.1 空间钢结构的特点 1
1.1.2 空间钢结构与计算机辅助设计 1
1.2 ANSYS软件概述 2
1.2.1 ANSYS软件的应用现状 2
1.2.2 ANSYS软件在空间钢结构中的应用优势 2
1.2.3 ANSYS文件系统 3
1.3 杆系结构有限元基本理论 4
1.3.1 结构的离散化 4
1.3.2 单元分析 5
1.3.3 整体分析 12
1.3.4 结构的节点位移、支座反力与杆件内力求解 13
1.3.5 直接刚度法解平面刚架算例 13
1.4 ANSYS分析基本步骤 17
1.4.1 基本步骤 17
1.4.2 实例分析 17
第2章 APDL语言 31
2.1 参数与参数系统 31
2.1.1 参数 31
2.1.2 标量参数的定义与赋值 31
2.1.3 数组参数的定义与赋值 33
2.1.4 参数的显示与删除 38
2.2 数据文件的读入与写出 41
2.2.1 使用VREAD命令读取数据文件填充数组 41
2.2.2 使用TREAD命令读取数据文件并填充TABLE类型数组 42
2.2.3 使用VWRITE命令写出数据文件 44
2.3 ANSYS数据库数据的调用 46
2.3.1 GET提取命令 46
2.3.2 与GET等价的内嵌提取函数 51
2.3.3 查询函数 55
2.4 流程控制 57
2.4.1 IF-ELSEIF-ELSE-ENDIF条件分支 58
2.4.2 DO-ENDDO循环 59
2.4.3 函数表达式 60
2.5 宏文件 62
2.5.1 宏文件的创建 63
2.5.2 宏文件的运行 65
第3章 网架结构分析 67
3.1 网架结构有限元模型 67
3.1.1 Link8单元简介 67
3.1.2 Beam4单元简介 68
3.1.3 建模中需要注意的问题 71
3.2 用APDL语言实现空间网架结构的参数化建模 72
3.2.1 两向正交正放网架 72
3.2.2 两向正交斜放网架 78
3.2.3 正放四角锥网架 85
3.2.4 斜放四角锥网架 90
3.3 网架结构静力分析 95
3.4 网架结构优化分析 98
3.4.1 结构优化概述 98
3.4.2 结构优化在ANSYS中的实现 99
3.4.3 优化分析命令适用简介 100
3.5 网架节点受力性能分析 108
第4章 网壳结构分析 121
4.1 单层球面网壳结构的参数化建模 121
4.1.1 肋环型网壳参数化建模 121
4.1.2 施威德勒型网壳参数化建模 126
4.1.3 联方型网壳参数化建模 129
4.1.4 凯威特网壳参数化建模 133
4.1.5 短程线型网壳参数化建模 137
4.2 等效节点荷载的施加 143
4.3 网壳结构静力分析 145
4.4 网壳结构的稳定分析 149
4.4.1 特征值屈曲分析 149
4.4.2 考虑初始缺陷的非线性屈曲分析 150
4.5 网壳结构的地震作用分析 152
4.5.1 等效质量节点的施加 152
4.5.2 网壳结构振动模态分析 155
4.5.3 网壳结构地震作用瞬态动力响应分析 156
第5章 弦支穹顶结构分析 160
5.1 弦支穹顶结构概述 160
5.1.1 弦支穹顶的基本概念 160
5.1.2 弦支穹顶结构实例描述 161
5.2 弦支穹顶结构有限元模型的建立 163
5.2.1 基本理论 163
5.2.2 实例分析 164
5.3 等效节点荷载宏文件的形成 171
5.3.1 基本理论 171
5.3.2 实例分析 171
5.4 弦支穹顶结构的形态分析 179
5.4.1 基本理论 179
5.4.2 实例分析 183
5.5 弦支穹顶结构的预应力优化分析 188
5.5.1 基本理论 188
5.5.2 实例分析 189
5.6 弦支穹顶结构的静力分析 197
5.6.1 基本理论 197
5.6.2 实例分析 198
5.7 弦支穹顶结构稳定性分析 208
5.7.1 基本理论 208
5.7.2 弦支穹顶结构特征屈曲实例分析 209
5.7.3 弦支穹顶结构非线性屈曲实例分析 220
5.8 弦支穹顶结构的模态分析 221
5.8.1 基本理论 221
5.8.2 实例分析 222
5.9 弦支穹顶结构的风振响应分析 227
5.9.1 基本理论 227
5.9.2 实例分析 228
5.10 弦支穹顶结构的预应力施工模拟 233
5.10.1 基本理论 233
5.10.2 施工反分析法简介 233
5.10.3 施工反分析法的APDL实例 234
5.10.4 施工正分析法简介 237
5.10.5 弦支穹顶结构张力补偿法施工模拟的APDL程序实例 238
第6章 空间钢结构日照温度场分析 245
6.1 ANSYS热分析及热应力分析概述 245
6.1.1 ANSYS热分析概述 245
6.1.2 热分析基本知识 245
6.1.3 热分析的基本类型 248
6.2 太阳辐射作用下方矩形截面钢管的稳态热分析 248
6.2.1 稳态热分析基本步骤 248
6.2.2 实例分析 249
6.3 太阳辐射作用下方矩形钢管的瞬态热分析 254
6.3.1 瞬态热分析的基本步骤 254
6.3.2 问题描述 255
6.3.3 太阳辐射强度计算理论 256
6.3.4 对流换热计算理论 258
6.3.5 长波辐射计算理论 258
6.3.6 本实例中相关参数取值 259
6.3.7 分析步骤 259
第7章 空间钢结构火灾反应分析 277
7.1 预应力组合网架结构概述 277
7.1.1 预应力组合网架结构概念 277
7.1.2 预应力组合网架结构实例描述 278
7.1.3 预应力组合网架结构火灾分析的基本方法与步骤 278
7.2 高温材料模型文件的生成 279
7.2.1 生成结构钢的材料模型文件 279
7.2.2 生成混凝土的材料模型文件 285
7.2.3 预应力索的高温材料特性文件的形成 289
7.3 构件温度-时间曲线数据宏文件的形成 292
7.3.1 环境温度假定 292
7.3.2 钢管的温度-时间曲线数据文件的形成 293
7.3.3 钢索的温度-时间曲线数据文件的形成 295
7.3.4 上弦混凝土梁板的温度—时间曲线数据文件的形成 299
7.4 预应力组合网架结构整体火灾反应分析 303
7.4.1 基本理论 303
7.4.2 ANSYS分析过程 303
7.4.3 APDL分析程 304
第8章 ANSYS软件使用经验与常用技巧 312
8.1 巧用Toolbar 312
8.2 ANSYS数据库查询方法总结 313
8.3 如何正确理解ANSYS的节点坐标系 314
8.4 巧用MATRIX27单元模拟弹簧 314
8.5 COMBIN14单元模拟半刚性节点 316
8.6 ANSYS表面效应单元的使用经验 318
8.7 利用BEAM188或者BEAM189进行材料非线性分析 319
8.8 利用BEAM单元分析温度梯度作用下构件截面的温度应力分布 322
参考文献 328