計算機輔助設(shè)計應(yīng)用

1、計算機輔助設(shè)計應(yīng)用西南交通大學(xué)材料學(xué)院授課教師：黃興民課程名稱計算機輔助設(shè)計應(yīng)用英文名稱Computer Aided Design and Engineering (CAD&E)授課專業(yè)材料科學(xué)與工程學(xué)院課程類型專業(yè)限選課授課方式課堂講授+上機實踐教學(xué)手段多媒體+板書總學(xué)時（學(xué)分）32學(xué)時（2學(xué)分）本課時教學(xué)時間90 min預(yù)前課程材料學(xué)基礎(chǔ)課程、高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機械制圖、計算機輔助制圖、傳熱學(xué)等教材名稱作者出版社出版時間ANSYS 10.0材料工程有限元分析實例教程胡紅軍等著電子工業(yè)出版社2008.4參 考 書 目大型有限元程序的原理、 結(jié)構(gòu)與使用康國政等著西南交通大學(xué)出版社2008.

2、3ANSYS 9.0經(jīng)典產(chǎn)品基礎(chǔ) 教程與實例詳解博弈創(chuàng)作室編者中國水利水電出版社2006.1有限兀分析基礎(chǔ)傅永華著武漢大學(xué)出版社2003.8使用ANSYS 6.1進行結(jié)構(gòu)力學(xué)分析易日著北京大學(xué)出版社2002.10ANSYS 7.0教學(xué)范例洪慶章等著中國鐵道出版社2003.8通用有限元分析ANSYS 7.0實例精解倪棟等著電子工業(yè)出版社2003.10教學(xué)目的教學(xué)重點通過本課程的學(xué)習(xí)，了解計算機輔助設(shè)計 應(yīng)用的基本原理和過程，有限元分析軟件 ANSYSS材料工程及其他領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，能熟 練操作和應(yīng)用ANSYS軟件工具，具有初步的 計算機輔助設(shè)計的建模和分析能力。有限單元分析法的原理，使用 ANSY

3、S軟 件對物理等工程問題進行建模，劃分網(wǎng)格單 元，加載運算，分析結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計。第一章緒論教學(xué)內(nèi)容安排細化方案教學(xué) 目的了解 計算機輔助設(shè)計應(yīng)用的基本知識， 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究方面 的應(yīng)用和作用。什么是有限單元分析法？有限元分析法的結(jié)構(gòu)，ANSYS有限元分析軟件的發(fā)展歷程，特點和應(yīng)用范圍。通過實例展示計算輔助 設(shè)計的運算思路和強大功能。教學(xué) 重點結(jié)合實際，告訴同學(xué)們計算機輔助設(shè)計是什么，能做什么？其特點 和思路。有限元法的基礎(chǔ)知識。 ANSYS軟件有何特點，我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí) ANSYS軟件。教學(xué) 難點計算機輔助設(shè)計應(yīng)用有很多，結(jié)合材料專業(yè)特色，使教學(xué)過程能夠 緊密結(jié)合專業(yè)知識和行業(yè)背景。結(jié)合當(dāng)前

4、高速鐵路蓬勃發(fā)展的現(xiàn)狀以及 西南交通大學(xué)悠久的鐵路傳統(tǒng)，以及大四學(xué)生即將面臨的就業(yè)問題，說 明計算機輔助設(shè)計應(yīng)用這門課程的重要性和實用性。教學(xué) 內(nèi)容 概要 及時 間分 配內(nèi)容鋪墊：計算機與專業(yè)知識的結(jié)合-計算機輔助設(shè)計。 什么是計算機輔助設(shè)計？5 min內(nèi)容導(dǎo)入：(1) CAD/CAE/CAM的概念及常見軟件。10 min(2)計算機輔助設(shè)計應(yīng)用的重要作用。內(nèi)容展開：(3)有限元分析法基本原理。60 min(1) ANSYS的起源和行業(yè)地位。(2) ANSYS的特點和運算步驟。(4)實例分析。內(nèi)容總結(jié)：課程安排和考核方式，上課時間和地點10 min作業(yè)布置：了解工業(yè)中ANSYS軟件的應(yīng)用實例5

5、 min合計90 min開場白大家好，上課之前簡單的介紹下自己在學(xué)習(xí)的課程中，我個人希望大家記住兩點：1. 教與學(xué)是一個互動的過程。老師在講授和演示的時候，大家應(yīng)有積極反饋。2. 師生之間應(yīng)該彼此尊重。講臺下是朋友，課堂上是師生，希望大家不要遲到， 早退，遵守好課堂紀律。有什么 good idea可以一起分享。一、內(nèi)容鋪墊進入二十一世紀，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機的軟硬件技術(shù)的不斷得到發(fā) 展，其計算功能越來越強大，性能也越來越穩(wěn)定。與此同時，計算機及軟件使用 滲透到人類生活每個方面。比如：普遍使用的office 軟件，殺毒軟件諾頓，瑞星，卡巴斯基，游戲軟件魔獸世界，極品飛車等，圖形處理軟件ph

6、otoshop，文獻閱讀軟件，Adobe Reader，CAJviewer，網(wǎng)絡(luò)資源下載軟件：Bt，迅雷，網(wǎng)際 快車，網(wǎng)絡(luò)聊天工具：QQ MSN skype等。另外一方面，這是個知識爆炸的時代，新知識和新理論層出不窮專業(yè)劃分愈 來愈細，大腦的物理容量相對有限。因此，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究上，計算機軟 件發(fā)揮著越來越重要的輔助作用。不同領(lǐng)域，不同行業(yè)，不同公司，都在不同程 度上使用和依賴著一種以上的專業(yè)計算機軟件。提問？同學(xué)們已經(jīng)接觸到或者了解過的計算機輔助軟件有哪些？AUTOCAD ,Pro/Engineer，Solidworks, Solidedge UniGraphics （全拼）， CAT

7、IA 等專業(yè)繪圖軟件，AUTOCAD, Pro/E,UG CATIA,SOLIDWORKS,SOLIDEGDE, 等等。在科研領(lǐng)域，也常常使用到一些輔助分析軟件。比如：Jad 5.0有助于處理X射線衍射數(shù)據(jù)，origi nPro 8.0 用于實驗數(shù)據(jù)的處理和繪制Netzch TA 4.5 分析DSC（ DSC差示量熱掃描儀 。機械制造領(lǐng)域，（CAD/CAE/CAI軟件CAD即計算機輔助設(shè)計（Computer Aided Design, CAD ），其概念和內(nèi)涵正 在不斷地發(fā)展中。在早期是英文 Computer Aided Drafting （計算機輔助繪圖）的縮寫。AUTOCA隨著計算機軟、硬

8、件技術(shù)的發(fā)展，人們逐步的認識到單純使用 計算機繪圖還不能稱之為計算機輔助設(shè)計；真正的設(shè)計是整個產(chǎn)品的設(shè)計，它包括產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析、加工制造等。二維工程圖設(shè)計只是產(chǎn)品設(shè) 計中的一小部分；于是CAD的縮寫也由Computer Aided Drafting 改為Computer Aided Design，CAD也不再僅僅是輔助繪圖，而是整個產(chǎn)品的輔助設(shè)計。AUTOCAD一般認為，CAD（Computer Aided Design,計算機輔助設(shè)計）指幾何建模， 它是利用計算機技術(shù)進行幾何設(shè)計、修改和繪圖。CAD使得工程師們徹底摒棄了 畫圖紙和三角板。著名的 CAD軟件如AutoCAD（2

9、D即平面制圖的老大）、UG solidworks、solidedge、Pro/E（都是優(yōu)秀的3D制圖軟件，其實如UG等也帶有 CAM功能）。CAE是計算機輔助工程（Computer-Aided Engineering）的英文簡稱，隨著計 算技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)可以建立產(chǎn)品的數(shù)字樣機，并模擬產(chǎn)品及零件的工況，對零 件和產(chǎn)品進行工程校驗、有限元分析和計算機仿真。在產(chǎn)品開發(fā)階段，企業(yè)應(yīng)用 CAE能有效地對零件和產(chǎn)品進行仿真檢測，確定產(chǎn)品和零件的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，發(fā) 現(xiàn)產(chǎn)品缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，并極大降低產(chǎn)品開發(fā)成本。在產(chǎn)品維護檢修階段能 分析產(chǎn)品故障原因，分析質(zhì)量因素等。CAE（Computer Aided

10、Engineering ，計算機輔助工程）指的是利用計算機進 行模擬分析計算，當(dāng)然在分析計算之前少不了要進行幾何建模。 CAE軟件的出現(xiàn) 使得工程師們可以根據(jù)科學(xué)理論利用計算機有效的預(yù)測產(chǎn)品設(shè)計是否合理。 著名 的MSC公司的軟件及 ANSY舔口 ABAQUA等。CAM （computer Aided Manufacturing ，計算機輔助制造）：利用計算機來進 行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。它輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容， 輸出信息是刀具加工時的運動軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。CAM（ComputeAided Manufacturing, 計算機輔助生產(chǎn)）包括工藝設(shè)計、NC（Num

11、erical Control） 編程 及機器人程序編制，這屬于自動化的范疇。當(dāng)CAD/CAE/CA充分發(fā)展并且全部集 成時，一個智能化制造系統(tǒng)就誕生了，工程師們只要坐在電腦前與計算機對話， 只要其能夠充分的表達創(chuàng)意，在工廠里出現(xiàn)什么樣的產(chǎn)品這個過程也不再是夢。 這時候，產(chǎn)品的標準化也向個性化發(fā)展了。相關(guān)軟件有華鑄CAE等?！叭A鑄CAE鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造工藝的重要工具，是華中 科技大學(xué)（原華中理工大學(xué)）經(jīng) 20多年研究開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實踐中不斷 改進，完善起來的集成軟件系統(tǒng)，目前發(fā)行的版本是V8.0。它以鑄件充型、凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)為核心對鑄件的成型過程進行工藝分析和質(zhì)量預(yù)測

12、，從而 協(xié)助工藝人員完成鑄件的工藝優(yōu)化工作。多年來在提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品， 減少消耗，縮短試制周期，贏得外商訂單等方面為眾多的廠家創(chuàng)造了顯著的經(jīng) 濟效益，在行業(yè)內(nèi)享有廣泛的聲譽和信譽。Deform3D V5.0 Deform 英文5.0 有限元分析DEFORM-3是在一個集成環(huán)境內(nèi)綜合建模、成形、熱傳導(dǎo)和成形設(shè)備特性進 行模擬仿真分析。適用于熱、冷、溫成形，提供極有價值的工藝分析數(shù)據(jù)。如： 材料流動、模具填充、鍛造負荷、模具應(yīng)力、晶粒流動、金屬微結(jié)構(gòu)和缺陷產(chǎn)生 發(fā)展情況等。DEFORM-3功能與2D類似，但它處理的對象為復(fù)雜的三維零件、 模具等衣CAD是 CAE CAM和 PDM勺基礎(chǔ)。在C

13、AE中無論是單個零件、還是整機的 有限元分析及機構(gòu)的運動分析，都需要 CAD其造型、裝配；在CAh中，則需要 CAQ!行曲面設(shè)計、復(fù)雜零件造型和模具設(shè)計；而 PDM則更需要CAD8行產(chǎn)品裝 配后的關(guān)系及所有零件的明細（材料、件數(shù)、重量等）。在CAD中對零件及部件所 做的任何改變，都會在CAE CAM和 PDM中有所反應(yīng)。所以如果CAD開展的不好， CAE CAM和 PDM就很難做好。PDM勺中文名稱為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ProductDataManagement）。PDM是門用 來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán) 限信息等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程（包括過程定義和管

14、理）的技術(shù)。*職場競爭異常激烈的今天，掌握一門計算機輔助設(shè)計軟件將使你占據(jù)求職 和升職的制高點。、內(nèi)容導(dǎo)入前面介紹了計算機輔助設(shè)計的定義和一些常用軟件，現(xiàn)在結(jié)合本專業(yè)相關(guān) 領(lǐng)域，來介紹計算機輔助設(shè)計軟件的作用和重要性。根據(jù)有關(guān)資料介紹，一個新產(chǎn)品的問題約有 50%- 70沖上可以在設(shè)計階段 消除。在國際上，幾乎所有重要的機械產(chǎn)品和裝備都必須要采用數(shù)值方法進行計 算分析和技術(shù)校核。對于新型轎車的設(shè)計和制造， 如果采用全數(shù)字化的設(shè)計和高精度模擬， 可以 減少接近 60%以上的實物試驗，新型號的開發(fā)時間可以縮短一半，開發(fā)費用也可 以降低三分之一以上。案例1:波音飛機，采用CATIA等行業(yè)軟件進行先期

15、設(shè)計。oooo比如：美國 Boeing 公司設(shè)計的 B-777 飛機，就在計算機上完全實現(xiàn)了原 型和制造工藝的 “無紙設(shè)計”， 計算機輔助設(shè)計提高了公司的行業(yè)競爭力， 節(jié)省 了資源點評: 其中大規(guī)模計算（模擬和仿真）起到了核心技術(shù)的支撐作用 o 實際上，大規(guī)模計算在科學(xué)研究上，已經(jīng)成為探知復(fù)雜對象本質(zhì)規(guī)律的定 量分析手段，在工程設(shè)計和工藝設(shè)計上， 可以成為替代大量實物試驗的數(shù)字化 “虛 擬實驗”，做到高效率和低成本。數(shù)值模擬技術(shù)簡介 工程中的許多問題，包括固體力學(xué)位移場和應(yīng)力場分析，流體力學(xué)中的流 場分析，傳熱學(xué)中的溫度場分析， 振動特性分析等等， 都可歸結(jié)為在給定的邊界 條件下求解其控制方程

16、（常微分方程或偏微分方程）的問題。那些性質(zhì)比較簡單，且邊界條件相當(dāng)規(guī)則的少數(shù)工程問題， 用解析方法能求出精確解。對大多數(shù)的工程問題，由于物體的幾何形狀較復(fù)雜或者某些特征是非線性的，則很少有解析解。一一用解析方法不能求出精確解求解此類復(fù)雜的工程問題通常有兩種解決途徑:一、是引入簡化假設(shè)，將方程和邊界條件簡化為能夠處理的問題而得到簡化 狀態(tài)下的解。這種方法在有限的情況下是可行的，但過多的簡化可能導(dǎo)致錯誤的 解；二、是在廣泛吸收數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借助于計算機來獲得滿足工程要求的數(shù)值解一一數(shù)值模擬技術(shù)。在過去五十年里，伴隨著高速電子計算機的出現(xiàn)和發(fā)展，用于求解數(shù)學(xué)物理方程的數(shù)值計算方法得到了長足

17、的發(fā)展，其中尤以有限單元法為甚。與有限差分法、邊界元法等數(shù)值方法相比，有限單元法具有對復(fù)雜幾何形狀 及邊界條件的適應(yīng)性好、 近似解連續(xù)、 易于處理復(fù)雜本構(gòu)關(guān)系及非線性問題等優(yōu) 點。有限元方法是求解各種復(fù)雜數(shù)學(xué)物理問題的重要方法。如今，有限單元法已經(jīng)發(fā)展得非常完善，以致于被認為是有效地求解各種數(shù)學(xué)物理方程問題的最好方 法之一。利用該方法可以獲取幾乎任意復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的各種信息，還可以直接對工程 設(shè)計進行各種評判，可以對各種工程事故進行技術(shù)分析。在現(xiàn)在的主流CAE軟件中，有限元分析法的運用最為廣泛。有限單元法：(Finite Element Method )是一種離散化的數(shù)值方法。古代數(shù)學(xué)家以正多邊

18、形來逼近圓的方法求出了圓周長，其中就包含了有限單元法的思想。有限單元法的基本思想是將物體(即連續(xù)的求解域)離散成有限個簡單單 元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題。物體被離散后，通過對其中各個單元進行單元分析，最終得到對整個物體的分析結(jié)構(gòu)。 隨著單元數(shù)目的增加，解的近 似程度將不斷增大和逼近真實情況。離散化是有限元方法的基礎(chǔ)。必須依據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況，決定單元的類型、 數(shù)目、形狀、大小以及排列方式等。離散后的單元與單元間只通過節(jié)點相聯(lián)系。1956年，M.J.Turner et al發(fā)表了在結(jié)構(gòu)力學(xué)中采用有限單元法的第一篇 論文

19、；1960年，R.W.CIough將這一方法從結(jié)構(gòu)力學(xué)推廣到彈性力學(xué) 一一處理了平面應(yīng)變的問題，提出了 “有限單元” (Fin ite Eleme nt )。實際載荷值線性近似節(jié)點 單元 節(jié)點有限單元法的基本過程1. 將介質(zhì)的復(fù)雜幾何區(qū)域離散為具有簡單幾何形狀的有限單元2. 離散后的單元與單元間只通過節(jié)點相聯(lián)系，所有力和位移都通過節(jié)點進 行計算。3. 對每個單元，選取適當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)，使得該函數(shù)在子域內(nèi)部、子域分界 面上都滿足一定的條件，得到方程。4. 然后把所有的方程組合起來，得到整個機構(gòu)的方程組，求解該方程組， 就可得到整體結(jié)構(gòu)的近似解?？梢钥闯觯邢迒卧ǖ幕舅枷胧且环忠缓?，分是為了就進

20、行單元分析，合則為了對整體結(jié)構(gòu)進行綜合分析現(xiàn)代意義的有限單元法，是在電子計算機誕生以后才出現(xiàn)的，計算機為完 成有限單元法中的大量計算提供了一種快速的手段，并使該方法切實可行。在I960年隨后的四十年間，伴隨著計算機軟硬件的飛速發(fā)展，有限單元 法得到了極大的完善和廣泛應(yīng)用。現(xiàn)今，在數(shù)學(xué)物理方程的大多數(shù)領(lǐng)域，有限 單元法已經(jīng)被工程師和應(yīng)用科學(xué)家們認為是一種具有鞏固理論基礎(chǔ)和廣泛應(yīng)用 效力的數(shù)值分析工具。同時，已經(jīng)出現(xiàn)了大量成熟的有限元商業(yè)軟件包， 如NASTRANMARCANSYS 等。這些軟件促進了有限單元法在工程實踐中的廣泛的應(yīng)用，而這又反過來為 有限單元法的進一步發(fā)展提供了新的發(fā)展動力。有限

21、元分析法的發(fā)展有以下幾點：1. 分析區(qū)域的幾何形式，已由最初的平面區(qū)域擴展到空間三維分析；由靜 力平衡問題擴展到非線性穩(wěn)定問題、瞬態(tài)分析和波動問題。2. 分析的介質(zhì)從線彈性材料擴展到塑性、粘彈性、粘塑性和復(fù)合材料等新 材料領(lǐng)域；3. 分析領(lǐng)域也從最初的固體力學(xué)擴展到傳熱學(xué)、聲學(xué)、電磁場等連續(xù)介質(zhì) 力學(xué)領(lǐng)域以及多物理場的耦合分析。總之，有限元方法作為一種成熟的分析手段，在科學(xué)研究，工程設(shè)計和評 判中發(fā)揮著巨大的作用。三、內(nèi)容展開通過以上講解，相信大家已經(jīng)對計算機輔助設(shè)計軟件的功能和重要性，以及有 限元分析法有了有 了初步的理解和認識，下面 就介紹一下 本門課 程的主 角ANSYS有限元分析軟件：

22、ANSYS軟件的前世今生1970年，John Swanson博士創(chuàng)建了 ANSYS公司，總部位于美國賓夕法尼 亞州的匹茲堡。30年來，ANSYS公司不斷吸收新的計算方法和計算技術(shù)，致力 于軟件的開發(fā)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展并為全球工業(yè)廣泛接受，其50000多用戶遍及全世界。由最初的 ANSYS 2.0版本發(fā)展到ANSYS 12.0版本。ANSY歎件的功能：結(jié)構(gòu)高度非線性分析；電磁分析；計算流體動力學(xué)分析；設(shè)計優(yōu)化；接觸分析；自適應(yīng)網(wǎng)格劃分；大應(yīng)變/有限轉(zhuǎn)動功能；利用ANSY參數(shù)設(shè)計語言（APDL）的擴展宏命令功能ANSYS勺特點：功能強大，界面友善，多場耦合，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 唯一能實現(xiàn)多場及

23、多場耦合分析的功能軟件唯一實現(xiàn)前后處理、求解及多場分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化FEA軟件唯一具有多物理場優(yōu)化功能的軟件強大的非線性功能多種求解器分別適用于不同問題的硬件配置多種網(wǎng)格劃分技術(shù)可與大多數(shù)的CAD軟件集成并有接口良好的用戶開發(fā)環(huán)境至今為止，ANSYS軟件成為國際知名的大型通用有限元軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機械制造、能源、國防軍工、電子、 土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、地礦、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué) 研究。該軟件可在PC機及工作站上運行。波音 747 客機在 Kids Toy 公司的兒童滑梯上在 Motorola 公司的手機上在殼牌潤滑油油桶上三大汽車公司

24、的各類汽車上在 Wilson 公司的高爾夫球桿上 是第一個通過中國壓力容器標準化委員會認證并在全國壓力容器行業(yè)推廣的軟件。全國100多所理工科院校采用ANSYStt行有限元分析。 點評：對材料專業(yè)的學(xué)生而言，掌握一種以上的計算機輔助設(shè)計軟件，能大大 的提高自己就業(yè)競爭力。5. ANSYS 有限元軟件在材料工程中的應(yīng)用實例案例 1 顯示器玻殼強度分析 在實際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)玻殼在抽真空時有裂紋出現(xiàn)， 通過采用 ANSYS 軟件進行強度分析后發(fā)現(xiàn)：應(yīng)力最大值位置正是裂紋出現(xiàn)的位置，最大值位置的應(yīng) 力計算結(jié)果與試驗結(jié)果 非常吻合。案例 2 汽車發(fā)動機分析 發(fā)動機機體在工作的時候同時承受著高溫?zé)彷d荷以及

25、機械載荷，本質(zhì)上是 多物理場耦合體，ANSY夠物理場分析功能為發(fā)動機的分析提供了完整的解決方 案。案例 3 直升飛機的螺旋槳轉(zhuǎn)動部件的裝配分析 直升飛機的螺旋槳轉(zhuǎn)動部件模型共 358個零件， 769 個裝配聯(lián)結(jié)關(guān)系。采 用AWB的自動探測接觸功能，可以輕松地實現(xiàn)零件之間的接觸以及裝配聯(lián)結(jié)關(guān)系。案例4國家體育館鳥巢結(jié)構(gòu)的主要荷載包括：恒荷載、活荷載，雪荷載、風(fēng)荷載、溫度作用。其 中恒荷載含結(jié)構(gòu)自重、吊頂、水槽和馬道設(shè)備等等，活荷載由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī) 范(GB5009-2001)不上人屋蓋確定，雪荷載由建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB5009-2001取設(shè)計基準期100年雪壓，風(fēng)荷載采用風(fēng)洞報告數(shù)據(jù)，溫度作

26、 用根據(jù)北京市近30年的氣候統(tǒng)計資料確定。建筑物安全等級為一級，重要性系 數(shù)取1.1，分項系數(shù)、組合系數(shù)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB5009-2001)及建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2001)選取，。抗震分析：結(jié)構(gòu)的設(shè)防烈度為 8度，設(shè)計地震分組為第一組。工程場地為 III類。地震分析采用振型分解反應(yīng)譜法，地震作用效應(yīng)采用CQ(法。整體模型取振型120個，表1為前30振型的頻率與周期。圖2為其主振型圖。國家體育場“鳥巢”結(jié)構(gòu)造型特殊、屋蓋結(jié)構(gòu)跨度巨大，鋼結(jié)構(gòu)自重在構(gòu)件 內(nèi)力中所占比重很大。由于鋼結(jié)構(gòu)直接暴露于室外，溫度變化將在結(jié)構(gòu)中引起很 大的內(nèi)力和變形。對于這種特殊的結(jié)構(gòu)體系來說，保證結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用時的 安全性至關(guān)重要。因此，減少用鋼量不但對節(jié)約投資、控制造價有直接的益處， 同時對于減小地震與溫度作用、增強結(jié)構(gòu)的安全性也具有十分重大的意義。在國家體育場設(shè)計過程中，為了減輕結(jié)構(gòu)的自重，對于受力較小的次結(jié)構(gòu)構(gòu) 件，有兩種設(shè)計方案，一種是采用格構(gòu)式構(gòu)件加外覆裝飾性薄鋼板的做