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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Toolbar312

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