球面网壳结构也存在一些缺点： 网壳结构的内力分布和建造难易程度受杆件与节点几何尺寸的偏差以及曲

面的位置变化影响较大。 杆件和节点的生产精度需求很高。论文网

网壳结构在当下还没达到流水线制造的标准，因此提高了结构的预算建造成 本较高。

当网壳结构矢高比较大时，虽然提升了穹顶的大小和结构整体空间，但有些 地方无法加以利用，导致了一定数目的资源浪费。

1.2.3 网壳结构国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

经由研究单层球面网壳节点和杆件单元建立方式、杆件之间的连接关系，应 用 ANSYS 大型有限元分析软件编程语言编写了与之对应的宏程序实现了参数化 建模。在编制输入界面填写原拟定的参数便能建立单层球面网壳模型。首先对单 层球面网壳施加等效面载荷，得出网壳结构杆件的强度、刚度、内力分布情况。 其次，对网壳进行模态分析得到该类网壳的自振频率和振型。然后分析网壳在脉 动风载荷作用下的动力学性能。

1.3.2 技术路线

本文采用 ANSYS 分析软件自带的 APDL 语言，对凯威特型单层球壳网架结 构进行参数化建模，然后进行网架结构的强度和刚度分析以及模态分析，确定各 杆内力及分布规律，并通过时域分析和频域分析对其进行风载荷作用下的动力学 分析，找出结构中的变形最大的部分以及受力不同时的振型，为同类型产品的结 构设计和改造提供了科学的理论依据。

2 凯威特型球面网壳参数化建模及静力分析

2.1 凯威特型球面网壳的结构和特点

径肋将球面网壳分成若干个对称扇形区域，每个区域都由通过环向杆和斜向 杆组成面积均等的等边三角形组合而成。凯威特型球面网壳具有良好的轴对称 性。同一个环向圈内，环向杆和斜向杆的长度是相等的。网格分布规律一目了然。 杆件之间角度适宜、易于批量生产。网壳杆件有利于力的传导。

凯威特型球壳的节点按一定规律分布在一个球面上，最高处的节点与向外发 散的杆件划分成数个个扇形，扇形又由斜向杆和环向杆划分。节点置放位置和杆 件连接方式有一定的规定——除却位于至高处的节点，其他同纬度的节点循序均 等分布。节点之间的关系可以通过球面坐标表示，其相应环向距离和径向距离分 别对应相等。斜向杆件循环对称分布，各对称区域内，每一圈节点数比起外一圈 节点数少一个，环向杆件循序相接。径向杆则通过各个内圈节点向外圈节点发散 相接。

图 2-1 K6 网壳结构布置示意图 图 2-2 球壳结构几何尺寸示意图

球面的曲率半径 R、跨度 b 是决定球面网壳的重要几何因素。杆件按环向对 称循环规律分布的对称区域个数  和节点圈数  是 其布置参数。对节点按螺旋 顺序从内而外依次编号（如图 2-1），然后就能通过控制参数确认其坐标。最外 圈节点的坐标角0 的大小可以通过跨度 b 和曲率半径 R 确定（如图 2-2）。根据 简单的数学关系，可以得到：

按照各个对称区域的规律，通过双重循环定义杆件。对杆件按从内圈向外圈、 先环向杆后斜向杆的顺序标号。

2.2 APDL 语言的参数化建模

2.2.1 ANSYS 软件概述

现今阶段，在整个世界的范围内，ANSYS 软件是相对应用广泛、发展速度 最快的计算机辅助设计（CAE）软件。这款软件主要实现的目的是有限元分析。 它可以实现多种分析，可以和大多数的计算机辅助设计软件通过接口来完成信息 的流通和交流，如 Creo, NASTRAN I－DEAS, AutoCAD 等。在非常多的领域中 有使用，从重工业到轻工业，再到我们平时的日常生活，各个方面都有着应用。 ANSYS 软件可以帮助工程的设计和施工，减少工程的成本，并且同时做到提高 工程的施工质量，从这个角度看，ANSYS 提高了设计与施工水平、促进行业竞 争。我们也可以看到，采用 ANSYS 已经是设计师在进行工程分析时不可或缺的 辅助软件。ANSYS 有着非常强大的各种功能，它的操作也相对比较简单，因此， 早已成为世界上最实用的有限元分析软件，在最近几年的 FEA 评比中都是稳稳 获得第一名的好成绩。文献综述