1.1 采用ANSYS軟件建模
ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)傳熱學(xué)流體電磁學(xué)聲學(xué)爆破分析于一體的大型通用有限元軟件，它具有功能極為強(qiáng)大的前后處理及計(jì)算分析能力，能夠同時(shí)模擬結(jié)構(gòu)熱流體電磁聲學(xué)壓電以及多種物理場(chǎng)間的耦合效應(yīng)，目前在全世界擁有廣泛的用戶，近年來我國ANSYS的用戶也越來越多，很多大型結(jié)構(gòu)如浦東國際機(jī)場(chǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)就采用ANSYS進(jìn)行分析。
采用ANSYS軟件對(duì)金屬拱形波紋屋面建模過程如下：
1通過計(jì)算常數(shù)的等效計(jì)算將金屬拱形波紋屋面簡化為同一厚度的小撓度金屬薄板
2選擇Preprocessor/ Element Type命令定義單元類。，由于金屬拱形波紋屋面屬于空間薄壁殼體，故選用薄板彈性單元（選用SHELL 181 單元）作為初始構(gòu)形。
3選擇Preprocessor/ Real Constants命令定義實(shí)常數(shù)。包括橫截面面積，繞各軸的面積矩，材料密度Density、厚度T等，其中厚度為依靠波紋類型所得的等效厚度。
4選擇Preprocessor/ Meterial Models命令定義材料屬性。將金屬拱形波紋屋面定義為正交異性材料及楊氏彈性模量EX、泊松比PRXY等。其中楊氏彈性模量和泊松分別采用等效彈性模量和等效泊松比。
5選擇Preprocessor/ Modeling命令生成單元。
6選擇Preprocessor/ Meshtool命令劃分單元。由于金屬拱形波紋屋面的翼緣與腹板相比十分狹窄，所以在劃分單元時(shí)應(yīng)小些，或采用局部細(xì)分，否則，單元將成為一塊長條板，精度不能保證。
7選擇Solution/ Define loads命令施加位移約束和荷載。因?yàn)榻M成金屬拱形波紋屋面的各部分都是互相咬合在一起的，橫向相互擠壓，變形較小，可以忽略不及。所以在豎直方向?yàn)殂q接支座，水平方向?yàn)閺椈摄q座（選用COMBIN14或COMBIN40單元）。在加載時(shí)，若給金屬拱形波紋屋面全截面上加均布荷載，那么它的局部變形將遠(yuǎn)大于整體變形，這和工程實(shí)際，試驗(yàn)結(jié)果相去甚遠(yuǎn)。故在加載時(shí)，將荷載按等代荷載法等效加到金屬拱形波紋屋面腹板的兩條邊上。
8選擇Postprocessor命令進(jìn)入后處理。
1.2 采用MALAB語言建模
MATLAB是80年代中期推出的數(shù)學(xué)軟件，時(shí)至今日，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科、多種工作平臺(tái)的功能強(qiáng)勁的大型軟件。其突出特點(diǎn)在于簡潔的的代碼及眾多涉及各學(xué)科的工具箱。
2000年張建明教授運(yùn)用MATLAB語言編制了一套程序，用來對(duì)金屬拱形波紋屋面建模。
結(jié)構(gòu)框圖如下：
子程序1根據(jù)界面上根據(jù)界面上輸入的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)（跨度，矢高，板厚，板型）計(jì)算體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)特征的各關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)。
子程序2是自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格，生成各區(qū)域內(nèi)的結(jié)點(diǎn)，單元編號(hào)及單元結(jié)點(diǎn)劃分?jǐn)?shù)據(jù)。
子程序3將相鄰區(qū)域邊界上的重合結(jié)點(diǎn)合并，形成整體，統(tǒng)一的有限元網(wǎng)格。
子程序4按約束部位的坐標(biāo)將約束自動(dòng)施加到相應(yīng)結(jié)點(diǎn)。
子程序5將程序所生成的數(shù)據(jù)輸入有限元分析程序。
1.3 采用SAP93建模
由文獻(xiàn)（2）知，結(jié)構(gòu)計(jì)算單元由腹板、上翼緣、下翼緣，用ViziCAD系統(tǒng)把三者分別建立有限元模型。作靜力分析時(shí)用DECODS命令進(jìn)行譯碼，形成.SST 文件，然后用二次COMBSSTH命令把三者粘合在一起，形成.SNT文件,然后用二次COMBSNT命令把三者粘合在一起,形成整個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算單元的模型。具體步驟如下：
1. 在SUPPER DRAW Ⅱ中以米為單位按實(shí)際尺寸繪出單拱下翼緣的圓弧線,利用自動(dòng)劃分網(wǎng)格的方法形成網(wǎng)格圖,然后復(fù)制出結(jié)構(gòu)計(jì)算單元的下翼緣模型,形成.ESD文件。
2. 對(duì)上述文件添加邊界條件和荷載后,在SUPPER DRAW II中用TRANSFER:STRESS命令（線性）、NONLINE命令（非線性）或在DOS下直接用DECODOS（線性）、DECODN（非線性）進(jìn)行譯碼，分析類型根據(jù)需要可選靜力分析、板殼屈曲分析或幾何非線性分析，譯碼后生成.SST文件，并進(jìn)行保存。
3采用相同的方法，建立腹板及上翼緣有限元模型。
4利用COMBSSTH將上述.SST文件粘結(jié)在一起，形成計(jì)算單元模型。
5進(jìn)入對(duì)計(jì)算單元進(jìn)行可視化圖形校核，發(fā)現(xiàn)問題就回到（1）、（2）、（3）作相應(yīng)修改，再重復(fù)（4）、(5),直至校核無誤，符合要求為止。
2三種建模方法的分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的比較
為了檢驗(yàn)三種建模方法的有效性，分別將這三種建模方法的分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。由于條件限制，本文根據(jù)分別來自文獻(xiàn)（2），（3）的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)建模。
表1 MIC-240金屬拱形波紋屋面計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果的比較
Table 1 Comparision of test data and computer data of MIC-240 arched corrugate metal roof
3小結(jié)
通過上述介紹及分析數(shù)據(jù)的比較，可以看出：采用ANSYS程序建模其優(yōu)點(diǎn)在于建模方法較為簡單，但其缺點(diǎn)也顯而易見，就是分析數(shù)據(jù)不夠精確，劃分單元比較困難，在分析金屬拱形波紋屋面的屈曲變形及破壞形式時(shí)可采用此種建模方式；而采用MATLAB語言建模，程序中的網(wǎng)格自動(dòng)劃分，重合節(jié)點(diǎn)合并，約束自動(dòng)施加子程序均為有限元建模的通用子程序，故上述程序有良好的通用性，它還有良好的操作界面，運(yùn)行時(shí)只須按界面上的文字提示輸入基本結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，就可以從界面上看到所建立的有限元程序模型，可用性較好；另外，采用SAP93建模，由于SAP93程序應(yīng)用不夠廣泛，很難推廣，而且建模較為復(fù)雜，但其分析
數(shù)據(jù)還是有較好的參考價(jià)值。
