自由曲面樹狀型支撐結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法研究.pdf

1、優(yōu)秀的建筑不僅具備合理的建筑功能、良好的藝術(shù)效果、還需要保證安全性、經(jīng)濟性與實用性，客觀上要求建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。對結(jié)構(gòu)的理解不再是僅僅傳遞荷載的承重骨架，而是構(gòu)思新型結(jié)構(gòu)的一種有效的工具，而樹狀結(jié)構(gòu)具有用較小的桿件支撐較大的空間的形狀。如何創(chuàng)建能夠有效支撐自由曲面的合理樹狀結(jié)構(gòu)形態(tài)，又如何反映實際工程設(shè)計中的多種需求，是急需解決的研究課題，也是如何實現(xiàn)建筑與結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一的難題。針對這些，本文展開了以下幾個方面的研究工作。
　　提

2、出了能夠生成自由邊界與任意自由曲面的方法。針對復(fù)雜邊界條件，研究了能夠生成多條、多種次數(shù)的曲線的方法，拓展了樣條函數(shù)的功能。另一方面，為了滿足建筑要求，研究了能夠合理傳遞荷載的樹狀結(jié)構(gòu)生成方法并采用了在B樣條曲面生成方法、以及Delaunay三角分割技術(shù)，提出了創(chuàng)建樹狀型支撐自由曲面結(jié)構(gòu)組合型結(jié)構(gòu)的初始形狀的方法。
　　由于上部結(jié)構(gòu)是殼單元，而下部樹狀結(jié)構(gòu)是桿單元，不能利用單一的有限元分析技術(shù)來進(jìn)行分析。本文利用桿單元與殼單元節(jié)點

3、自由度相同的特點，編制了殼-桿混合型有限元分析程序，拓展了有限元分析的功能。此基礎(chǔ)上研究了應(yīng)變能對節(jié)點的敏感度，導(dǎo)出了自由曲面約束桿節(jié)點敏感度與自由移動節(jié)點敏感度，為結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法的建立打下了基礎(chǔ)。
　　本文從應(yīng)變能與樹狀結(jié)構(gòu)形狀的關(guān)系出發(fā)，建立了樹狀結(jié)構(gòu)支撐式自由曲面結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)問題的數(shù)學(xué)模型，提出了自由曲面結(jié)構(gòu)樹狀型支撐結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法。該方法是根據(jù)節(jié)點敏感度的特性，通過上部曲面上的約束節(jié)點與下部自由節(jié)點的移動，逐步調(diào)整下部

4、樹狀結(jié)構(gòu)形狀，最終實現(xiàn)應(yīng)變能最小化的方法。還討論了樹狀結(jié)構(gòu)的形狀特點、探討了應(yīng)變能最小化過程中的應(yīng)變能與軸力、彎矩的變化規(guī)律，總結(jié)了方法的特性與所得到的結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，探討了進(jìn)化過程中的形狀的變化規(guī)律，并通過簡單算例驗證方法的有效性和可行性。
　　論文中通過模擬工程實例還探討了所提出的方法在實際工程設(shè)計中應(yīng)用的可能性，并提出了在實際工程設(shè)計中應(yīng)用方法。算例表明下部樹狀結(jié)構(gòu)主要以軸力方式傳遞荷載，很大程度上提高了結(jié)構(gòu)整體的剛度，改善