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在ANSYS中实现单层网壳的自动建模

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摘要 ： 据单层网壳结构的几何特性 ， 直角坐标 和球坐标或柱坐标相结合 。 了一种单层 网壳 的 自动建模 根 将 建立
方法 ， 即在 Ａ Ｓ Ｓ平 台上 ， ＮＹ 利用 其 自带 的编 程语 言 Ａ Ｄ Ａ Ｓ Ｓ Ｐｒｍ ｔｃＤ ｓ ｎＬ ｎｕｇ ） Ｕ Ｄ （ ｓｒＩｔ － Ｐ Ｌ（ Ｎ Ｙ ａａ ｅｒ ｅｉ ａｇａｅ 及 Ｉ Ｌ Ｕ ｅ ｅ ｉ ｇ ｎｒ ｆ ｅＤ ｓ ｎＬｎ ｕ ｇ ） 编制了相应 的宏 ， ａ ｅｉ ａｇ ａｅ ， ｃ ｇ 实现单层 网壳 的快速 参数 化建模 ． 此方法具有简单 、 快捷 的优 点 ， 户仅需 用
Ｖｏ． ８ Ｎｏ ２ １２ ．
Ｊｎ２ ０ ｕ ．０６
文章编号 ：０ ６— ４ ６ ２０ ）２— １４—０ １０ ０ ５ （０ ６ ０ ０ ８ ５
在 Ａ Ｓ Ｓ中 实现 单 层 网 壳 的 自动建 模 ＮＹ
桂 国庆 ， 英金贵
（ ，南昌大学 建筑工程 学院 ， １ 江西 南昌 ３０ ２ ２ ３０ ９；．井冈山学院， 江西 吉安 ３３ ０ ） ４ ０９
度 为 ｒ 则 构 成 两 个 直 角 三 角 形 Ｏ Ｍ 和 三 角 形 ， Ｐ
１ 建 模 方 法
１１ Ｋ ｉｉ（ ． ｅ ｔ 即 型 ） 单层球 面 网壳 ｗｔ 型
收 稿 日期 ：０ ５— ６— ６ ２０ ０ ０
Ｏ Ｐ 根据三角几何关系得 到球面坐标节点计算公 Ｎ ， 式 如下 ：
角坐标和球坐标或柱 坐标相结合 ， 探讨 了一种单层
网壳 的建模 方法 ． 以此 方 法 为 思路 ， 用 Ａ Ｓ Ｓ中 利 ＮＹ
自 带的编程语言 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ和 ＵＤ ＩＬ编制了相应 的 自动 建模程序 ， 并给出了建模结果．
面半径 ， 点在平面 Ｘ Ｙ 的投影点为 Ｐ 设 Ｏ Ｏ 上 ， Ｐ长
杂 ， 件及 节点数 量 巨大 ， 杆 在应 用计 算机 分析 和研 究
１ １ ｌ 几 何 描述 ．，
控制一个球 面网壳 的主要几何参数有 ： 球面的 曲率半径 Ｒ、 跨度 ｓ 布置参数有 ： ． 杆件布置沿环 向 循环对称分布的对称区域个数 、 节点圈数 对于 每一个节点可以利用控制参数确定 它们 的位置． 首 先， 根据跨 度和曲率半径确定最外 圈节点所对应 的 球坐标角度 （ 见图 １ ． ）根据简单 的几何关系 ， 可以 得到 ：
输入若 干控制 参数即可 自动生成所需模型 ； 同时 ， 它可适用于不 同类型 的单层 网壳 ． 关键词 ： 网壳 ； 单层 几何参数 ； ； Ｎ Ｙ ； 建模 Ａ Ｓ Ｓ宏
中图分类 号 ：Ｕ ９ ， Ｔ ３３ ３ 文献标识码 ： Ａ
在大跨度建筑结构中， 空间网壳 以其用钢量少 、 重量轻 、 结构合理 、 造型优美 、 力学性能好且现场施 工安装 方便 等特 点成 为 大跨度 建筑结 构 中具 有广 阔 发展前景的结构形式 之一 ＿． Ｊ 由于网壳结构 图形复 Ｊ
口 一ｔ 。 ａ ｎ ） （） １
网壳结构的特性时 ， 需要进行大量 的数据预处理工 作． 针对大量空间节点的位置和杆件连接信息 ， 自动 生成描述结构节点位置和单元连接信息 ， 将设计人
员从这些琐碎的数据处理中解脱 出来 ， 使他们有更
多 的时 间处 理 网壳 结 构 的计 算 和 设 计 方 案 修 改 工
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作． 因此 ， 如何实现网壳结构 的 自动建模 ， 是钢结构 工程领域所关注的热点．
目前 ， 对于像网壳这种杆件及节点数 巨大 的结 构形式的建模 ， 往往是先通过在 Ｃ Ｄ平 台上建立模 Ａ 型 Ｊ ， 将它们保存为 ＩＥ 格式的文件 ， ＧＳ 接着输入到 Ａ Ｓ Ｓ中， Ｎ￣ 然后对该结构进行有 限元分析． Ｎ Ｙ Ａ ＳＳ 是现在国内外最为流行的有限元分析通用软件 ， 具
有 强大 的分析计 算能 力 ， 广泛 应用 于工 程计 算 、 学 教
跨 度Ｓ
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一
图 １ 球 壳 结 构 几 何 尺 寸 示 意 图
Ｆｉ ． Ｇｅ ｍｅ ｒ ｉｅ ｏ ｐ ｅ ｉ ａ ｈ ｌ ｇ１ ｏ ｔ ｙ ｓｚ ｆ ｓ ｈ ｒｃ ｌｓ ｅｌ
实践和科学研究等方面 ， 已成为工程技术人员必须 掌握的技术工具 ． Ｊ
维普资讯
第２ ８卷第 ２期
２０ ０６年 ６月
南昌大学学报 ・ 工科版
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ａ ｃ ａ ｇＵ ｉｅｓ ｙ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ＆ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ） ｏ ｒａ ｏ ｎ ｈ ｎ ｎｖｒｉ （ ｎ ｉ ｅ ｎ Ｎ ｔ ｎ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ
作者简介 ： 国庆（ ９ ６一） 男 ， 桂 １６ ， 教授 ， 士 博
维普资讯
第２ 期
桂 国庆等 ： Ａ Ｓ Ｓ中实现单层网壳的 自动建模 在 ＮＹ
１ ５ ３ ’ ０ ３ ３ ｓ ３ ０１
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本文 以工程 上 常 见 的几 种 单层 网壳 为 例 ， 直 将
１１２ 节点坐标的计算 ．． 球 面网壳建模是 以空 间坐标 系的 Ｚ轴 为对 称 轴， 以坐标系原点为球心 ， 设球壳上有一点为 ， 在 计算 点的坐标 时， 选用球面坐标 （ ，ｉ ，表 示． Ｒ ０， ） 卢
如 图 ２所 示 ， 原点 ０到 点 的长 度为 ， 也是 球 设
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ANSYS建模一般步骤

ANSYS建模一般步骤

ANSYS建模一般步骤：1、进入ANSYS：设定工作目录和工作文件2、设置计算类型：Structure 定义分析类型3、选择单元类型：Beam、Link、Solid、Shell 对于Solid Quad 4node 42 需要设置单元行为4、定义实常数以确定单元截面参数：Real Constants （Isotropic：截面积、惯性矩等、Density：密度）5、设定材料参数：Preprocessor—>Material Models（弹性模量和泊松比）6、生成模型：Preprocessor—>Modeling—>Create 6.1 生成有限元模型6.1.1 生成节点：Preprocessor—>Modeling—>Create—>Nodes 6.1.2 生成单元：Preprocessor—>Modeling—>Create—>Elements 6.2 生成物理模型 6.2.1 生成关键点：Preprocessor—>Modeling—>Create—>Keypoints 6.2.2 生成线、面、体：Preprocessor —>Modeling—>Create—>Lines、Areas、V olumes 6.2.3 网格划分：Preprocessor—>Meshing —>Mesh Attributes（网格属性）—>Picked Lines Preprocessor—>Meshing—>Mesh Tool —>Sizes Controls—>NDIV（将选中单元划分成NDIV等分）。

《ansys建模和网格划分》 第七章 对实体模型进行网格划分

《ansys建模和网格划分》 第七章 对实体模型进行网格划分

第七章对实体模型进行网格划分7.1 如何对实体模型进行网格划分生成节点和单元的网格划分过程包括三个步骤：·定义单元属性（在§7.2中论述）·定义网格生成控制（可选择的）。

ANSYS程序提供了大量的网格生成控制，可按需选择。

见§7.3和§§7.4对网格控制的论述）。

·生成网格（在§7.5中论述）。

第二步定义网格生成控制不是必须的，因为缺省的网格生成控制对多数模型生成都是合适的。

如果没有指定网格生成控制，程序会在DESIZE命令使用缺省设置生成自由网格。

可用Smartsize项替代产生质量更好的自由网格（见本章中的§7.3.5）7.1.1 自由网格还是映射网格？在对模型进行网格划分之前，甚至在建立模型之前，对于确定采用自由网格还是映射网格进行分析更为合适是十分重要的。

自由网格对于单元形状无限制，并且没有特定的准则。

与自由网格相比，映射网格对包含的单元形状有限制，而且必须满足特定的规则。

映射面网格只包含四边形或三角形单元，而映射体网格只包含六面体单元。

而且，映射网格典型具有规则形状，明显成排的单元。

如果想要这种网格类型，必须将模型生成具有一系列相当规则的体或面才能接受映射网格划分。

图7─1 自由网格和映射网格可用MSHKEY命令或相应的GUI途径（后面有述）选择自由网格或映射网格。

注意所用网格控制将随自由网格或映射网格划分而不同。

后面将详细说明自由网格和映射网格划分。

7.2 定义单元属性在生成节点和单元网格之前，必须定义合适的单元属性。

即必须设定：·单元类型（如：BEAM3，SHELL61等）。

·定义实常数（给定诸如厚度或截面积等单元的几何特性）。

·定义材料特性（如杨氏模量、热传导率等）。

·单元坐标系·截面号（只对BEAM44，BEAM188和BEAM189单元有效─见§7.5.2）注意：在对梁划分网格时，还需给定方向关键点作为线的属性。

单层凯威特网壳稳定性分析

单层凯威特网壳稳定性分析

单层凯威特网壳稳定性分析摘要：随着空间结构的不断发展，网壳结构的跨度不断增大，厚度越来越薄，稳定问题越来越突出。

从基于非线性有限元技术的荷载—位移全过程曲线可以完整地了解结构的稳定性能。

本节以K8 型凯威特单层网壳为研究对象，采用 ANSYS 参数化建模，考虑几何分线性及材料非线性，对比分析不同几何参数及杆件尺寸对网壳稳定性的影响。

1.影响网壳结构稳定性的因素对网壳结构的稳定性分析，就是为了得到其稳定的承载力，而影响稳定性的因素很多，为此，有必要对主要的因素进行列举分析[2-4]：(1)初始缺陷网壳结构，尤其是单层网壳结构对初始缺陷非常敏感，初始缺陷的存在会大大降低结构的稳定承载力。

网壳结构的初始缺陷主要有三种：网壳安装时的几何偏差；由于杆件的初始弯曲、外界荷载作用的初始偏心等原因造成的节点缺陷；杆件材料的初始缺陷以及存在材料中的初始残余应力。

(2)网壳结构的非线性性能网壳结构的非线性能包括了几何非线性和材料非线性。

通常情况下，单层网壳结构的几何非线性比材料非线性影响更突出；而双层网壳结构需要同时考虑几何和材料非线性；对于双层平板网壳结构，其材料非线性比几何非线性影响更明显。

(3).网壳结构自身刚度的影响网壳结构的刚度包括了网壳结构的薄膜刚度以及抗弯刚度，它们将直接影响到结构的稳定性能承载力，对于单层球面网壳结构，网壳结构的承载能力正比于网壳结构的刚度。

另外，节点或刚或柔，对杆件的连接和组合有很大的影响。

(4)网壳壳体的曲率以及支撑条件网壳壳体的曲率对稳定性有一定的影响，曲率越小，越接近平面时，对结构稳定性不利。

研究发现双曲线型的曲面的稳定性优于单曲线型，具有负高斯曲率的双曲线型网壳的稳定性能更好。

结构的边界条件如支撑的约束刚度、支撑的约束的方向、支撑的数量也是影响网壳结构的稳定性的重要因素，一般情况下，就约束刚度而言，半刚性甚至柔性支座比刚性支座更容易失稳；就支撑的约束方向而言，竖向、法向、切向三者的提供的作用从大到小为：竖向、法向、切向；就支撑数量而言，周边固支的网壳结构的稳定性优于周边简支的网壳，周边支撑的稳定性能优于点支撑的情况。

ANSYS建模计算操作过程

ANSYS建模计算操作过程

有限元课程结业作业土木工程钱海292081405004一、ANSYS建模：Preferences菜单，选择结构模型Structural；Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete>Add> Shell Elastic 8node 93；Preprocessor>Real Constants>Add/Edit/Delete>厚度0.01；Preprocessor>Material Props>Material Models>Structural>Linear>Elastic>Isotropic,输入EX=2.1e11，PRXY=0.3，Density 中输入密度7800；Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions,输入X1=0,X2=1,Y1=0,Y2=1.建模结束。

二、划分单元格：Preprocessor>Meshing>MeshTool>Areas>Set，点击所需的矩形区域，在跳出的对话框中输入单元格划分的精度0.05，再点击MeshTool，在跳出的对话框中点击Mesh，进行自动划分单元格。

划分的单元格图（见图1）。

图1网格划分图三、施加荷载和约束：Preferences>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Lines,点击矩形区域顶部边界，点击Apply，跳出的对话框Displacement value值输入0，点击确定；Preferences>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure> On Lines,点击矩形单元的下部边界，点击Apply，在跳出的对话框中输入均布荷载值-9800；Preferences>Solution>Define Loads>Apply>Structural>Inertia>Gravity>Global,在跳出的对话框中Y方向输入9.8.荷载添加结束。