1. 基于APDL語言和工程實例，編寫常用空間鋼結構形式的參數化建模程序和分析程序，為讀者提供一套完整的APDL程序和詳細的程序注釋

2. 不僅可以方便快速地學習ANSYS的APDL語言，而且可以輕松地掌握利用ANSYS進行空間鋼結構各類分析的技術和技巧

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用法，可以拓展讀者的知識面，形成一套完整的參數化分析與計算知識體系

隨著2008年北京奧運會和2010年上海世博會等大型社會經濟活動的開展，我國空間鋼結構的綜合技術得到快速發展，尤其是大型空間鋼結構的有限元分析技術得到了較為全面的飛速發展。ANSYS作為最為通用和有效的大型商業化有限元軟件，在空間鋼結構領域得到了廣泛的應用，成為我國空間鋼結構領域科學研究和工程應用的主要工具之一。

APDL語言是ANSYS軟件提供給使用者的一種參數化設計語言，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構模型的參數化建模、參數化荷載施加與求解以及參數化后處理結果顯示等方面，還是實現結構優化設計分析的基礎。因此熟練掌握和應用APDL語言是能否充分利用ANSYS軟件的關鍵。

本書基于APDL語言和工程實例，編寫常用空間鋼結構形式的參數化建模程序和分析程序，為讀者提供一套完整的APDL程序和詳細的程序注釋。本書的特色是不僅可以使讀者方便快速地學習ANSYS的APDL語言，而且可以輕松地掌握利用ANSYS進行空間鋼結構各類分析的技術和技巧。作者建議讀者使用本書時，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用法，以擴展讀者的知識面，形成一套完整的參數化分析與計算知識體系。

本書共分為8章。第1章對空間鋼結構和ANSYS軟件的基本知識進行簡要介紹；第2章介紹APDL語言的使用方法；第3章給出四種常用網架結構形式的參數化建模程序，并介紹如何使用ANSYS進行空間網架結構的靜力分析、優化分析和節點受力分析；第4章給出五種常用單層網殼結構的參數化建模程序，并介紹如何使用ANSYS進行單層網殼結構的靜力分析、穩定分析（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章以工程實例為背景，詳細介紹如何利用ANSYS進行弦支穹頂結構的參數化建模、等效節點荷載計算、形態分析、優化設計、穩定分析、動力分析、風振響應分析和施工模擬分析；第6章詳細介紹如何使用ANSYS軟件進行日照溫度場下空間結構中外露構件的溫度場分析；第7章以工程實例為背景，詳細介紹如何使用ANSYS軟件的APDL語言進行空間鋼結構的火災反應分析；第8章根據作者在學習、工作中的經驗，給出ANSYS軟件的一些使用經驗和應用技巧。

本書適用于土木、力學、建筑等相關專業的高年級本科生、研究生和工程技術人員，并且可作為高校或其他相關CAE培訓機構的參考教材。另外本書特別適合希望利用ANSYS的APDL語言進行二次開發的讀者。

本書主要由陳志華、劉紅波、周婷、曲秀姝負責編寫。在編寫過程中，天津大學建筑工程學院博士生閆翔宇、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。

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

編 者

2009年5月于天津大學

前言

第1章 緒論 1
1.1 空間鋼結構概述 1
1.1.1 空間鋼結構的特點 1
1.1.2 空間鋼結構與計算機輔助設計 1
1.2 ANSYS軟件概述 2
1.2.1 ANSYS軟件的應用現狀 2
1.2.2 ANSYS軟件在空間鋼結構中的
應用優勢 2
1.2.3 ANSYS文件系統 3
1.3 桿系結構有限元基本理論 4
1.3.1 結構的離散化 4
1.3.2 單元分析 5
1.3.3 整體分析 12
1.3.4 結構的節點位移、支座反力與
桿件內力求解 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 實例分析 17
第2章 APDL語言 31
2.1 參數與參數系統 31
2.1.1 參數 31
2.1.2 標量參數的定義與賦值 31
2.1.3 數組參數的定義與賦值 33
2.1.4 參數的顯示與刪除 38
2.2 數據文件的讀入與寫出 41
2.2.1 使用*VREAD命令讀取數據文件
填充數組 41
2.2.2 使用*TREAD命令讀取數據文件
并填充TABLE類型數組 42
2.2.3 使用*VWRITE命令寫出數據文件 44
2.3 ANSYS數據庫數據的調用 46
2.3.1 *GET提取命令 46
2.3.2 與*GET等價的內嵌提取函數 51
2.3.3 查詢函數 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 59
2.4.3 函數表達式 60
2.5 宏文件 62
2.5.1 宏文件的創建 63
2.5.2 宏文件的運行 65
第3章 網架結構分析 67
3.1 網架結構有限元模型 67
3.1.1 Link8單元簡介 67
3.1.2 Beam4單元簡介 68
3.1.3 建模中需要注意的問題 71
3.2 用APDL語言實現空間網架結構的
參數化建模 72
3.2.1 兩向正交正放網架 72
3.2.2 兩向正交斜放網架 78
3.2.3 正放四角錐網架 85
3.2.4 斜放四角錐網架 90
3.3 網架結構靜力分析 95
3.4 網架結構優化分析 98
3.4.1 結構優化概述 98
3.4.2 結構優化在ANSYS中的實現 99
3.4.3 優化分析命令適用簡介 100
3.5 網架節點受力性能分析 108
第4章 網殼結構分析 121
4.1 單層球面網殼結構的參數化建模 121
4.1.1 肋環型網殼參數化建模 121
4.1.2 施威德勒型網殼參數化建模 126
4.1.3 聯方型網殼參數化建模 129
4.1.4 凱威特網殼參數化建模 133
4.1.5 短程線型網殼參數化建模 137
4.2 等效節點荷載的施加 143
4.3 網殼結構靜力分析 145
4.4 網殼結構的穩定分析 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 網殼結構的地震作用分析 152
4.5.1 等效質量節點的施加 152
4.5.2 網殼結構振動模態分析 155
4.5.3 網殼結構地震作用瞬態動力
響應分析 156
第5章 弦支穹頂結構分析 160
5.1 弦支穹頂結構概述 160
5.1.1 弦支穹頂的基本概念 160
5.1.2 弦支穹頂結構實例描述 161
5.2 弦支穹頂結構有限元模型的建立 163
5.2.1 基本理論 163
5.2.2 實例分析 164
5.3 等效節點荷載宏文件的形成 171
5.3.1 基本理論 171
5.3.2 實例分析 171
5.4 弦支穹頂結構的形態分析 179
5.4.1 基本理論 179
5.4.2 實例分析 183
5.5 弦支穹頂結構的預應力優化分析 188
5.5.1 基本理論 188
5.5.2 實例分析 189
5.6 弦支穹頂結構的靜力分析 197
5.6.1 基本理論 197
5.6.2 實例分析 198
5.7 弦支穹頂結構穩定性分析 208
5.7.1 基本理論 208
5.7.2 弦支穹頂結構特征屈曲實例分析 209
5.7.3 弦支穹頂結構非線性屈曲實例分析 220
5.8 弦支穹頂結構的模態分析 221
5.8.1 基本理論 221
5.8.2 實例分析 222
5.9 弦支穹頂結構的風振響應分析 227
5.9.1 基本理論 227
5.9.2 實例分析 228
5.10 弦支穹頂結構的預應力施工模擬 233
5.10.1 基本理論 233
5.10.2 施工反分析法簡介 233
5.10.3 施工反分析法的APDL實例 234
5.10.4 施工正分析法簡介 237
5.10.5 弦支穹頂結構張力補償法施工
模擬的APDL程序實例 238
第6章 空間鋼結構日照溫度場分析 245
6.1 ANSYS熱分析及熱應力分析概述 245
6.1.1 ANSYS熱分析概述 245
6.1.2 熱分析基本知識 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
穩態熱分析 248
6.2.1 穩態熱分析基本步驟 248
6.2.2 實例分析 249
6.3 太陽輻射作用下方矩形鋼管的瞬態
熱分析 254
6.3.1 瞬態熱分析的基本步驟 254
6.3.2 問題描述 255
6.3.3 太陽輻射強度計算理論 256
6.3.4 對流換熱計算理論 258
6.3.5 長波輻射計算理論 258
6.3.6 本實例中相關參數取值 259
6.3.7 分析步驟 259
第7章 空間鋼結構火災反應分析 277
7.1 預應力組合網架結構概述 277
7.1.1 預應力組合網架結構概念 277
7.1.2 預應力組合網架結構實例描述 278
7.1.3 預應力組合網架結構火災分析
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 生成結構鋼的材料模型文件 279
7.2.2 生成混凝土的材料模型文件 285
7.2.3 預應力索的高溫材料特性文件
的形成 289
7.3 構件溫度－時間曲線數據宏文件的形成 292
7.3.1 環境溫度假定 292
7.3.2 鋼管的溫度－時間曲線數據文件
的形成 293
7.3.3 鋼索的溫度－時間曲線數據文件
的形成 295
7.3.4 上弦混凝土梁板的溫度－時間曲
線數據文件的形成 299
7.4 預應力組合網架結構整體火災反應分析 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軟件使用經驗與常用技巧 312
8.1 巧用Toolbar 312
8.2 ANSYS 數據庫查詢方法總結 313
8.3 如何正確理解ANSYS的節點坐標系 314
8.4 巧用MATRIX27單元模擬彈簧 314
8.5 COMBIN14單元模擬半剛性節點 316
8.6 ANSYS表面效應單元的使用經驗 318
8.7 利用BEAM188或者BEAM189進行
材料非線性分析 319
8.8 利用BEAM單元分析溫度梯度作用下
構件截面的溫度應力分布 322
參考文獻 328

1. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
2. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例 [張濤 等編著]
3. ANSYS/APDL高級工程應用實例分析與二次開發 [周寧 等編著]