华北连栋塑料温室钢架结构的有限元分析

论文摘要

我国的现代化温室产业,虽然起步较晚,但是发展迅猛。中国机械工业联合会自2001年10月起实施了有关温室的若干项行业标准,2002年7月国家质量监督检验检疫总局又颁布了两项国家标准。说明温室行业已逐步进入正常的发展轨道。本文在参考国内外温室设计标准的前提下,针对目前中国现代化温室发展的现状,分析了温室结构优化的必要性和重要性。探讨了华北连栋塑料温室结构设计应考虑的主要因素和具体方法。本文从结构受力的角度出发,从几种常用的华北连栋塑料温室结构中,选择了一种受力合理的结构形式进行分析。应用工程力学理论,按照建筑规范的要求,对选择温室结构进行了荷载分析,确定了三种最不利荷载组合方式,并建立了计算模型。本文首次利用ANSYS软件对选择的模型进行了力学分析,采用了在ANSYS中直接建模。对三种典型不利荷载组合进行了受力模拟分析,得到了各自的受力变形图、节点位移图以及危险截面的内力图。应用ANSYS的高级分析技术中的优化设计模块对温室结构进行优化,并得到了优化结果。结果表明:优化设计后,在保证构件强度要求和结构稳定性要求的前提下,能显著减少温室钢架用材,温室主体结构单位面积可省材15.7%。本文提出了一种针对于华北连栋塑料温室进行受力分析的方法,并利用这种方法对温室结构进行受力分析,然后进行优化设计。最后得出了一种受力、布局合理,节省材料、易于建造,适合于推广的温室结构,以供参考。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外温室结构的基本现状
• 1.3 部分温室用钢量比较
• 1.4 研究内容
• 2 温室结构的建筑设计
• 2.1 温室场地的选择
• 2.2 温室建筑方位的确定
• 2.3 温室单元的划分
• 2.4 温室内部平面和空间尺度的确定
• 2.5 剖面设计
• 3 华北连栋塑料温室的结构
• 3.1 连栋塑料温室的分类
• 3.2 连栋塑料温室的结构
• 3.3 华北地区气候特点
• 3.4 华北连栋塑料温室的结构特点
• 3.5 华北连栋塑料温室结构形式的优选
• 4 华北连栋塑料温室结构的荷载计算
• 4.1 温室结构的荷载确定准则
• 4.2 华北连栋塑料温室的荷载及传力途径
• 4.2.1 华北连栋塑料温室荷载计算时考虑的荷载
• 4.2.2 荷载的传力途径
• 4.3 华北连栋塑料温室的荷载计算
• 4.3.1 恒荷载
• 4.3.2 雪荷载
• 4.3.3 风荷载
• 4.3.4 施工活荷载
• 4.3.5 作物吊重荷载
• 4.3.6 地震荷载
• 4.4 华北连栋塑料温室的荷载组合
• 4.4.1 极限状态设计
• 4.4.2 荷载组合
• 4.4.3 荷载组合结果
• 5 华北连栋塑料温室框架结构的力学分析
• 5.1 有限元方法介绍
• 5.2 ANSYS 软件介绍
• 5.3 优化设计在ANSYS 上的实现
• 5.3.1 ANSYS 优化设计的概念
• 5.3.2 ANSYS 优化设计的步骤
• 5.4 ANSYS 对温室框架结构的力学分析
• 5.4.1 框架计算简图的确定
• 5.4.2 分析步骤
• 5.4.3 计算结果
• 5.5 计算结果分析
• 6 温室结构优化设计的方法
• 6.1 结构优化的一般过程
• 6.2 温室的结构优化
• 6.3 温室骨架的优化设计所包含的内容
• 6.4 关于目标函数确定的讨论
• 7 温室总体结构的优化设计
• 7.1 温室结构优化的方法
• 7.1.1 基于最少用材量的温室结构优化数学模型的建立
• 7.1.2 满应力优化方法
• 7.2 截面尺寸的优化设计
• 7.3 温室结构优化后的验算
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 9 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文