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摘 要：根据三向格子型单层球面网壳的几何特性,在大型通用有限元软件ANSYS平台下利用其自带的编程语言APDL(ANSYSParametricDesignLanguage),编制了相应的命令流,实现了其参数化建模,实例证明此法简单、快捷,可以大幅提高结构分析和优化设计的效率.
关 键 词：三向格子网壳、APDL、参数化建模
引言
本文对三向网格型单层球面网壳结构的几何特性进行研究,根据极坐标与直角坐标的转化关系,利用ANSYS自带的编程语言APDL和UIDL编制了相应的程序,实现了三向格子型单层球面网壳网壳结构在ANSYS平台上的参数化建模,并给出部分程序和建模结果.用户仅需输入矢高（F）、跨度（S）、环向循环对称区域数（Kn）、径向网格数（Nx）,这些宏观控制参数即可生成所需模型,为下一步结构分析和优化设计奠定基础.
1.建模方法
1.1三向格子型单层球面网壳
1.1.1几何描述
控制一个单层球面网壳的主要宏观几何参数有矢高（F）、跨度（S）、循环对称区域个数(Kn)、环杆的圈数(Nx).
由几何关系得球曲率半径：
（1）
R――球曲率半径
F――网壳矢高
S――网壳跨度
计算相邻两圈环杆对应的球心夹角:
（2）
R――球曲率半径
S――网壳跨度
Nx――环杆的圈数
三向格子型单层球面网壳的网格在水平投影面上呈正三角形,即在水平投影面上,通过圆心作夹角为的三个轴,将轴n等分并连线,形成正三角形网格,再投影到球面上形成三向格子型网壳.如图2
图1三向格子型单层球面网壳水平投影图
1.1.2节点坐标计算
三向格子型单层球面网壳上任一节点i的坐标,可先由水平投影面上求出,在按下式球坐标：
在笛卡尔坐标系下,定义顶点为节点1,由第一开始,依次建立各圈节点.各圈节点数目不同,每圈节点数目为Kn倍圈号,即第i圈有Kn*i个节点.相关命令流如下：
n,1,0,0,F！把最顶点定义为1号结点
*do,i,1,Nx！i表示圈数
*do,j,1,kn*i！j表示每圈上的结点数
x等于(S/2)*(i/nx)*cos((2*pi)/(kn*i)*(j-1))
y等于(S/2)*(i/nx)*sin((2*pi)/(kn*i)*(j-1))
z等于sqrt(R**2-x**2-y**2)-(R-f)
n,j+i*(i-1)*kn/2+1,x,y,z
*enddo
*enddo
1.1.3单元连接
环向杆连接.利用循环命令,由内向外依次连接环向相邻节点,第i圈第j区的单元是连接节点1+Kn*(i-1)*i/2+j与节点1+Kn*(i-1)*i/2+j+1而成,各圈最后一对称区的单元由该圈首节点1+Kn*(i-1)*i/2+1与末节点1+Kn*(i-1)*i/2+Kn*i连接而成.
径向杆连接.由于各圈杆节点数目不同,利用三重循环命令,找到节点规律进行单元连接.
2参数输入界面
！用户化图形交互界面
MULTIPRO,'start',4！交互输入网壳的几何参数
*cset,1,3,F,'VectorHigh等于(mm)',10
*cset,4,6,S,'ShellSpan等于(mm)',30
*cset,7,9,Kn,'CymmytricAreaNumber等于',6
*cset,10,12,Nx,'NodeCircle等于',4
*cset,61,62,'Pleaseinputgeometryparameters'
MULTIPRO,'end'
*if,_button,eq,1,then！如果选择Cancel按钮终止运行
/eof
*endif
图2参数输入界面