异型空间网架结构快速成型与优化设计

摘要

建筑造型和结构形式的多元化发展已成为现代空间网格结构设计的特征之一,建筑师不拘泥于现有的、特定规格的外部造型形式,改变传统网架外形,使建筑物呈现出更具美感的造型。异型空间网架结构可以适应各种建筑曲面造型要求,因此得到越来越广泛的应用,但给模型建立、修改调整以及结构设计分析工作带来了许多实际困难。本文针对此问题,主要研究了异型空间网架结构快速成型方法以及结构的优化设计问题。
　　本文首先根据异型空间网架结构的形式和特点,提出采用曲面拟合技术进行模型的建立,借助Matlab程序中Griddata函数及V4算法进行异型空间网架模型自由曲面的拟合,并且通过网格自动添加角锥实现了异型空间网架结构模型的建立。最后采用Matlab编制开发了异型空间网架结构快速成型软件,实现了自由曲面造型网架结构模型的快速建立。
　　异型空间网架结构属于典型的离散杆系结构,本文建立了以异型空间网架结构总质量为目标函数的优化设计数学模型,将离散变量优化设计理论和相对差商法进行结合,进而提出了适用于异型空间网架结构的二级优化方法。优化过程综合考虑了杆件应力比、长细比等局部约束以及结构整体稳定性、结构变形挠度等全局约束,并且在优化设计过程中有效融合近似满应力优化设计方法、相对差商法以及弧长法,并考虑了结构几何非线性的影响,编制了异型空间网架结构优化设计程序,并通过算例验证了本文优化方法的有效性和可靠性。
　　基于本文研究成果,以锡林郭勒盟体育中心体育场看台自由曲面网架实际工程为背景,应用本文异型空间网架结构快速成型软件进行网架模型的建立并采用本文二级优化方法对其进行了优化设计分析,取得了良好的经济效果。
　　通过研究表明,本文编制的异型空间网架结构快速成型软件可以方便、快捷的实现各种建筑曲面造型网架结构模型的建立。本文提出的异型空间网架结构二级优化方法可以有效降低结构用钢量,具有工程实际应用价值。

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目录

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2研究现状

1.3本文研究内容与技术路线

第2章 异型空间网架结构快速成型

2.1概述

2.2 空间网格结构的分类

2.3 Matlab曲面拟合原理

2.4 异型空间网架结构快速成型Matlab实现

2.5工程实例

2.6 本章小结

第3章 离散变量结构优化设计理论

3.1概述

3.2 结构优化设计思想

3.3 结构优化算法类型

3.4 离散变量优化设计数学模型建立

3.5 离散变量优化设计的相对差商法

3.6 本章小结

第4章 异型空间网架结构优化设计

4.1 概述

4.2 异型空间网架结构优化数学模型

4.3 非线性屈曲分析理论

4.4 异型空间网架结构二级优化算法

4.5 程序编制

4.6 数值算例

4.7 本章小结

第5章 锡林郭勒盟体育中心体育场优化分析

5.1 概述

5.2 工程概况

5.3 体育场网架结构快速建模

5.4 结构优化设计与分析

5.5模态分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢