1. 基于APDL語言和工程實(shí)例，編寫常用空間鋼結(jié)構(gòu)形式的參數(shù)化建模程序和分析程序，為讀者提供一套完整的APDL程序和詳細(xì)的程序注釋

2. 不僅可以方便快速地學(xué)習(xí)ANSYS的APDL語言，而且可以輕松地掌握利用ANSYS進(jìn)行空間鋼結(jié)構(gòu)各類分析的技術(shù)和技巧

3. 配合使用ANSYS幫助文件中的命令介紹，查閱書中的命令流的相關(guān)用法，可以拓展讀者的知識(shí)面，形成一套完整的參數(shù)化分析與計(jì)算知識(shí)體系

隨著2008年北京奧運(yùn)會(huì)和2010年上海世博會(huì)等大型社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開展，我國空間鋼結(jié)構(gòu)的綜合技術(shù)得到快速發(fā)展，尤其是大型空間鋼結(jié)構(gòu)的有限元分析技術(shù)得到了較為全面的飛速發(fā)展。ANSYS作為最為通用和有效的大型商業(yè)化有限元軟件，在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為我國空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)研究和工程應(yīng)用的主要工具之一。

APDL語言是ANSYS軟件提供給使用者的一種參數(shù)化設(shè)計(jì)語言，是類似于FORTRAN的解釋性語言。ANSYS的APDL語言，不僅可以方便地用于結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化建模、參數(shù)化荷載施加與求解以及參數(shù)化后處理結(jié)果顯示等方面，還是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)。因此熟練掌握和應(yīng)用APDL語言是能否充分利用ANSYS軟件的關(guān)鍵。

本書基于APDL語言和工程實(shí)例，編寫常用空間鋼結(jié)構(gòu)形式的參數(shù)化建模程序和分析程序，為讀者提供一套完整的APDL程序和詳細(xì)的程序注釋。本書的特色是不僅可以使讀者方便快速地學(xué)習(xí)ANSYS的APDL語言，而且可以輕松地掌握利用ANSYS進(jìn)行空間鋼結(jié)構(gòu)各類分析的技術(shù)和技巧。作者建議讀者使用本書時(shí)，配合使用ANSYS幫助文件中的命令介紹，通過本書提供的命令流，查閱該命令流的相關(guān)用法，以擴(kuò)展讀者的知識(shí)面，形成一套完整的參數(shù)化分析與計(jì)算知識(shí)體系。

本書共分為8章。第1章對(duì)空間鋼結(jié)構(gòu)和ANSYS軟件的基本知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；第2章介紹APDL語言的使用方法；第3章給出四種常用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式的參數(shù)化建模程序，并介紹如何使用ANSYS進(jìn)行空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的靜力分析、優(yōu)化分析和節(jié)點(diǎn)受力分析；第4章給出五種常用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模程序，并介紹如何使用ANSYS進(jìn)行單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的靜力分析、穩(wěn)定分析（包括特征值屈曲分析和非線性屈曲分析）和地震作用分析等；第5章以工程實(shí)例為背景，詳細(xì)介紹如何利用ANSYS進(jìn)行弦支穹頂結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模、等效節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算、形態(tài)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、穩(wěn)定分析、動(dòng)力分析、風(fēng)振響應(yīng)分析和施工模擬分析；第6章詳細(xì)介紹如何使用ANSYS軟件進(jìn)行日照溫度場(chǎng)下空間結(jié)構(gòu)中外露構(gòu)件的溫度場(chǎng)分析；第7章以工程實(shí)例為背景，詳細(xì)介紹如何使用ANSYS軟件的APDL語言進(jìn)行空間鋼結(jié)構(gòu)的火災(zāi)反應(yīng)分析；第8章根據(jù)作者在學(xué)習(xí)、工作中的經(jīng)驗(yàn)，給出ANSYS軟件的一些使用經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用技巧。

本書適用于土木、力學(xué)、建筑等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生和工程技術(shù)人員，并且可作為高校或其他相關(guān)CAE培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的參考教材。另外本書特別適合希望利用ANSYS的APDL語言進(jìn)行二次開發(fā)的讀者。

本書主要由陳志華、劉紅波、周婷、曲秀姝負(fù)責(zé)編寫。在編寫過程中，天津大學(xué)建筑工程學(xué)院博士生閆翔宇、碩士生王大偉和何彩云等為本書提供了寶貴的資料和建議，在此對(duì)他們表示感謝。

在此還要感謝中國水利水電出版社/北京萬水電子信息有限公司楊元泓等編輯為本書出版而付出的辛勤勞動(dòng)。

由于作者水平的局限，書中不當(dāng)之處在所難免，歡迎讀者朋友批評(píng)指正。作者聯(lián)系方式E-mail：zhchen@tju.edu.cn；hb_liu2008@163.com。

編 者

2009年5月于天津大學(xué)

前言

第1章 緒論 1
1.1 空間鋼結(jié)構(gòu)概述 1
1.1.1 空間鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 1
1.1.2 空間鋼結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 1
1.2 ANSYS軟件概述 2
1.2.1 ANSYS軟件的應(yīng)用現(xiàn)狀 2
1.2.2 ANSYS軟件在空間鋼結(jié)構(gòu)中的
應(yīng)用優(yōu)勢(shì) 2
1.2.3 ANSYS文件系統(tǒng) 3
1.3 桿系結(jié)構(gòu)有限元基本理論 4
1.3.1 結(jié)構(gòu)的離散化 4
1.3.2 單元分析 5
1.3.3 整體分析 12
1.3.4 結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)位移、支座反力與
桿件內(nèi)力求解 13
1.3.5 直接剛度法解平面剛架算例 13
1.4 ANSYS分析基本步驟 17
1.4.1 基本步驟 17
1.4.2 實(shí)例分析 17
第2章 APDL語言 31
2.1 參數(shù)與參數(shù)系統(tǒng) 31
2.1.1 參數(shù) 31
2.1.2 標(biāo)量參數(shù)的定義與賦值 31
2.1.3 數(shù)組參數(shù)的定義與賦值 33
2.1.4 參數(shù)的顯示與刪除 38
2.2 數(shù)據(jù)文件的讀入與寫出 41
2.2.1 使用*VREAD命令讀取數(shù)據(jù)文件
填充數(shù)組 41
2.2.2 使用*TREAD命令讀取數(shù)據(jù)文件
并填充TABLE類型數(shù)組 42
2.2.3 使用*VWRITE命令寫出數(shù)據(jù)文件 44
2.3 ANSYS數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的調(diào)用 46
2.3.1 *GET提取命令 46
2.3.2 與*GET等價(jià)的內(nèi)嵌提取函數(shù) 51
2.3.3 查詢函數(shù) 55
2.4 流程控制 57
2.4.1 *IF-*ELSEIF-*ELSE-*ENDIF
條件分支 58
2.4.2 *DO-*ENDDO循環(huán) 59
2.4.3 函數(shù)表達(dá)式 60
2.5 宏文件 62
2.5.1 宏文件的創(chuàng)建 63
2.5.2 宏文件的運(yùn)行 65
第3章 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析 67
3.1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有限元模型 67
3.1.1 Link8單元簡(jiǎn)介 67
3.1.2 Beam4單元簡(jiǎn)介 68
3.1.3 建模中需要注意的問題 71
3.2 用APDL語言實(shí)現(xiàn)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的
參數(shù)化建模 72
3.2.1 兩向正交正放網(wǎng)架 72
3.2.2 兩向正交斜放網(wǎng)架 78
3.2.3 正放四角錐網(wǎng)架 85
3.2.4 斜放四角錐網(wǎng)架 90
3.3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靜力分析 95
3.4 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 98
3.4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化概述 98
3.4.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化在ANSYS中的實(shí)現(xiàn) 99
3.4.3 優(yōu)化分析命令適用簡(jiǎn)介 100
3.5 網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)受力性能分析 108
第4章 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)分析 121
4.1 單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模 121
4.1.1 肋環(huán)型網(wǎng)殼參數(shù)化建模 121
4.1.2 施威德勒型網(wǎng)殼參數(shù)化建模 126
4.1.3 聯(lián)方型網(wǎng)殼參數(shù)化建模 129
4.1.4 凱威特網(wǎng)殼參數(shù)化建模 133
4.1.5 短程線型網(wǎng)殼參數(shù)化建模 137
4.2 等效節(jié)點(diǎn)荷載的施加 143
4.3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力分析 145
4.4 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定分析 149
4.4.1 特征值屈曲分析 149
4.4.2 考慮初始缺陷的非線性屈曲分析 150
4.5 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的地震作用分析 152
4.5.1 等效質(zhì)量節(jié)點(diǎn)的施加 152
4.5.2 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)分析 155
4.5.3 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)地震作用瞬態(tài)動(dòng)力
響應(yīng)分析 156
第5章 弦支穹頂結(jié)構(gòu)分析 160
5.1 弦支穹頂結(jié)構(gòu)概述 160
5.1.1 弦支穹頂?shù)幕�本概�?160
5.1.2 弦支穹頂結(jié)構(gòu)實(shí)例描述 161
5.2 弦支穹頂結(jié)構(gòu)有限元模型的建立 163
5.2.1 基本理論 163
5.2.2 實(shí)例分析 164
5.3 等效節(jié)點(diǎn)荷載宏文件的形成 171
5.3.1 基本理論 171
5.3.2 實(shí)例分析 171
5.4 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析 179
5.4.1 基本理論 179
5.4.2 實(shí)例分析 183
5.5 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力優(yōu)化分析 188
5.5.1 基本理論 188
5.5.2 實(shí)例分析 189
5.6 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的靜力分析 197
5.6.1 基本理論 197
5.6.2 實(shí)例分析 198
5.7 弦支穹頂結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 208
5.7.1 基本理論 208
5.7.2 弦支穹頂結(jié)構(gòu)特征屈曲實(shí)例分析 209
5.7.3 弦支穹頂結(jié)構(gòu)非線性屈曲實(shí)例分析 220
5.8 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析 221
5.8.1 基本理論 221
5.8.2 實(shí)例分析 222
5.9 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)分析 227
5.9.1 基本理論 227
5.9.2 實(shí)例分析 228
5.10 弦支穹頂結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力施工模擬 233
5.10.1 基本理論 233
5.10.2 施工反分析法簡(jiǎn)介 233
5.10.3 施工反分析法的APDL實(shí)例 234
5.10.4 施工正分析法簡(jiǎn)介 237
5.10.5 弦支穹頂結(jié)構(gòu)張力補(bǔ)償法施工
模擬的APDL程序?qū)嵗?238
第6章 空間鋼結(jié)構(gòu)日照溫度場(chǎng)分析 245
6.1 ANSYS熱分析及熱應(yīng)力分析概述 245
6.1.1 ANSYS熱分析概述 245
6.1.2 熱分析基本知識(shí) 245
6.1.3 熱分析的基本類型 248
6.2 太陽輻射作用下方矩形截面鋼管的
穩(wěn)態(tài)熱分析 248
6.2.1 穩(wěn)態(tài)熱分析基本步驟 248
6.2.2 實(shí)例分析 249
6.3 太陽輻射作用下方矩形鋼管的瞬態(tài)
熱分析 254
6.3.1 瞬態(tài)熱分析的基本步驟 254
6.3.2 問題描述 255
6.3.3 太陽輻射強(qiáng)度計(jì)算理論 256
6.3.4 對(duì)流換熱計(jì)算理論 258
6.3.5 長(zhǎng)波輻射計(jì)算理論 258
6.3.6 本實(shí)例中相關(guān)參數(shù)取值 259
6.3.7 分析步驟 259
第7章 空間鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)反應(yīng)分析 277
7.1 預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概述 277
7.1.1 預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)概念 277
7.1.2 預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實(shí)例描述 278
7.1.3 預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)火災(zāi)分析
的基本方法與步驟 278
7.2 高溫材料模型文件的生成 279
7.2.1 生成結(jié)構(gòu)鋼的材料模型文件 279
7.2.2 生成混凝土的材料模型文件 285
7.2.3 預(yù)應(yīng)力索的高溫材料特性文件
的形成 289
7.3 構(gòu)件溫度－時(shí)間曲線數(shù)據(jù)宏文件的形成 292
7.3.1 環(huán)境溫度假定 292
7.3.2 鋼管的溫度－時(shí)間曲線數(shù)據(jù)文件
的形成 293
7.3.3 鋼索的溫度－時(shí)間曲線數(shù)據(jù)文件
的形成 295
7.3.4 上弦混凝土梁板的溫度－時(shí)間曲
線數(shù)據(jù)文件的形成 299
7.4 預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)整體火災(zāi)反應(yīng)分析 303
7.4.1 基本理論 303
7.4.2 ANSYS分析過程 303
7.4.3 APDL分析程 304
第8章 ANSYS軟件使用經(jīng)驗(yàn)與常用技巧 312
8.1 巧用Toolbar 312
8.2 ANSYS 數(shù)據(jù)庫查詢方法總結(jié) 313
8.3 如何正確理解ANSYS的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系 314
8.4 巧用MATRIX27單元模擬彈簧 314
8.5 COMBIN14單元模擬半剛性節(jié)點(diǎn) 316
8.6 ANSYS表面效應(yīng)單元的使用經(jīng)驗(yàn) 318
8.7 利用BEAM188或者BEAM189進(jìn)行
材料非線性分析 319
8.8 利用BEAM單元分析溫度梯度作用下
構(gòu)件截面的溫度應(yīng)力分布 322
參考文獻(xiàn) 328

1. ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
2. ANSYS APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例 [張濤 等編著]
3. ANSYS/APDL高級(jí)工程應(yīng)用實(shí)例分析與二次開發(fā) [周寧 等編著]