网壳结构的非线性分析

４ 读入 文件 ： 由 己形 成 的数据 文件 形成 图形 ， ． 节 点 、杆件 、各编 号 、截 面型 号都 自动在 指定层 面
上依 次 生成 。 ５ 变 形读入 以工况次 序命 名 ， 成 不 同层 面 ， ． 形
这是 一个 由两根梁 组 成 的平面 刚架 ， 有较 高 具 的 几何 非线性 ，Ｆ ｗ ｗ ¨ ｉｍ ［、Ｒ Ｄ Ｉ ｏ 和 ． ． ｉ ａ ｓ２ ． ． ￥ ｄ 】 ｏ
力 、位 移变量 ，不 同方 向采 用不 同差值 函数 。
用 一种 适合 于大位 移 条件 下增 量位 移 的修 正方法 。 采用 了同济 大学沈祖 炎教授推 导得 出的增量位移迭 加 公式 ． ＣＯ ａ ’ 用 ． ｒｎ的 “ 点定 向矩 阵 ”的概念考 节 虑位 移 修正 ，直接 求得 坐标 的转 换矩 阵 。
采用 ｖ ｓａ ｆｐ ｆｕ ｌＬ ｓ 语言编 制 ，创 建可视 化界 面 ，与 ＣＤ接 口，在其 界面下 直接 进 行数据 生成 、成果整 Ａ 理 ，增强 了软件 的可 读性 ，使之 形象 化 ，馊 程序做
到 正确 、高效 又 使用 方便 。共 有 以下 内容 ：
进加载达到此荷载前， 非线性求解应该发散；特征 矢量 屈 曲形状可 以作为施加 初步缺 陷或扰 动荷载 的
从 而导 出整个 杆件 的相 应关 系 。 ４ ．针 对 网壳 结构 在外载 作 用 下表现 出 强烈 的 大位 移非 线性 效应 ， 此类 结 构 的节点转 角位 移 已不
再 是矢量 ＿，一般 的线性 迭加 原理 不再适 用 ，必须 ２ ］
１ 算法分 析 的理论 １采用 全 Ｌ ｇａ ｇ 描述 法 （ ． ａｒ ｎｅ 简称 Ｔ Ｉ描述 法 ， ．Ｊ ＿ 即所 有静 力学 和动 力学变 量 总是 参考 于初 始位 形 ， 在 整个 分 析过 程 中参考位 形 保持 不变 ） ，运 用 适于 弹性 大位移分 析的基 于有 限元理论 的非线性 空间梁 单 元 的切 线 刚度 矩 阵，其 中每 个粱 元 有十 二个 内
1算法分析的理论1采用全lagrange描述法简称tl描述法即所有静力学和动力学变量总是参考于初始位形在整个分析过程中参考位形保持不变运用适于弹性大位移分析的基于有限元理论的非线性空间梁单元的切线刚度矩阵其中每个梁元有十二个内力位移变量不同方向采用不同差值函数
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开 发 与借鉴
网壳结构 的非线性分析
郎 婷 孙 炳楠
浙 江 大学土 木 系
【 摘要 】结构非线性分析程 序可用于分析梁 、杆组 成的结构 ，并 可进 行线性 、几何非线性稳定分析 本文主 要 彳绍 该程序 的分析理论、程序前后 处理 及基本功能 ，并采用典型算例进行分析验 证 。结果表明，该程序 具有 很 卜
３ 在钢 结 构、网壳设计 中 ，为满足 实际安 装需 ． 要 ，结点 连接 杆 件 的中心 线 也 并不 一 定交 汇 于 一 点 ， 了保证 杆件 连接 区 的刚性 ， 为 经常 采用 加 强板 、
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开 发 与 借鉴
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接位置、 相贯线等， 连接件形状 、 大小等也可据此
方便 定 义。
．
ｌ ． 输 出二 维或 三 维 结构 受 力 变 形 、失稳 】可
ｄ ｇ图 Leabharlann 。 ｗ ３ 保存 至文 件：此 项 功能 即把 图形转 化为 数据
文件
４ 算例分 析
４１ ． Ｗｉ ａ ｌ ｍｓ双 杆体 系 ｌ ｉ
了 一些 结论 。
连接 件等 对结 点进 行 刚度加 强 。 对它 的处理 方法使 用主 从 节点法 ， 用带 刚臂 单元 模型 ，认 为杆件 的 采 端 部有 一段刚性 区域 ， 杆件 刚性 区 的端 点看作 主 把 节点， 而把 杆 件 刚性 区和弹 性 部分 的连 接 点看作 从
节 点 ，建立 “ ”和 “ ” 的各 种 量之 间 的关 系 ， 主 从
好 的分析效率及较强的适用性。程序对大小相同、采用 同种材料 的单层 网壳和局部双层 网壳进行计算，发现两 者
在稳定性方面 的一些特 性。 【 关键 词】线性 几何 非线性 稳 定性 梁单元 杆 元 单层 局部双层
结构稳 定非 线性主 要用 于分 析梁 、 单元 组成 杆 的结构 ， 括 网壳 结构 、一般平 面或 空 间粱系 结构 包 等 ，研究它们 的静力 受力性 能 、结构 整体 稳定 线性 分析 及稳 定 的几 何非 线性 分析 。 本文 主要 介绍 该程 序 的分 析理论 、程序 前后 处理及 基 本功能 ，并 采用 大量 各类 算例进 行分 析验 证 ． 另外也对 单 层 网壳和 局 部双层 网壳 的稳 定性能进 行 了一 定的研 究 ， 得出
Ｂ７ ｃ ５ ｍ Ａ－ 】 ５ １ － ）ｃ １ ］ ３
ｕ １ ２ ３ ４ ０ ｂ
图 １ 双杆体 系
圈 ２ 双 杆体 系荷载—— 位移 曲线
造 、杆 件连 接 ，借助 Ｃ Ｄ可方 便的作 出杆 件之 间连 Ａ
１． ０ 结构框 图与数据 文件 可 自由转化 ；
２ 程序前 后 处理
一
个 完善 的有 限元程 序 包括三 大 部分 ， 即前 处
２预先 进行 一个线性特 征值 分析 有助 于非线性 ． 分 析 的进行：特征值 屈 曲载荷 是预期 的线 性 屈 曲载 荷 的上 限 ， 以作 为非线 性分 析 的给定荷 载 ，在渐 可
理 部分 、主分 析程序 、后 处理 部分 ，前 后 处理程序
根据 程序 引入 动 力分 析中 的矩 阵迭代法 ， 结构 求 基本 频 率 （ 一特 征值 ）和振 型 （ 第 特征 矢 量 ） ，来
预测 结 构的理 论 屈 曲强度 。
１ ．材 料 定义：用户 可 以确 定所有 需要 的型材 ， 程序调 用钢 结构规范 中标 准型钢 规格 的库文件供程 序使 用 ；也可 由用 户 自行定 义截 面 类型 。 ２布 置节 点、布 置构件 ：这 两项功 能程序 设计 ． 为单 点 、单根逐 一连 续布 置 杆件 可 以根据其 所定 义 的截 面 形状 做 出详 图 ， 适用 于 复杂 结构 细 部构