自由曲面形態(tài)創(chuàng)構(gòu)與網(wǎng)格劃分技術(shù)研究.pdf

1、單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以其自重輕、剛度大、造型豐富等特點，在大跨度空間結(jié)構(gòu)中有較為廣泛的應(yīng)用。目前對單層網(wǎng)殼的造型研究已經(jīng)比較成熟，解析曲面與自由曲面的設(shè)計方法多種多樣，可以創(chuàng)構(gòu)各種形式的曲面網(wǎng)格。但對網(wǎng)格內(nèi)部的再次造型技術(shù)研究較少。
　　本文針對單層網(wǎng)殼網(wǎng)格內(nèi)部的再次造型，以單層網(wǎng)殼為結(jié)構(gòu)主框架，基于Loop細分方法在網(wǎng)格內(nèi)部創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)，并根據(jù)應(yīng)變能敏感度方法對其進行節(jié)點優(yōu)化，改善通過幾何關(guān)系形成的次級結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。將優(yōu)化后的次級結(jié)構(gòu)與

2、主框架結(jié)構(gòu)進行拼裝，最終形成具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。其創(chuàng)構(gòu)方法主要包括以下內(nèi)容：
　　1.主框架結(jié)構(gòu)的選取
　　主框架結(jié)構(gòu)的選取是本方法的基礎(chǔ)。荷載直接作用于次級結(jié)構(gòu)，通過次級桿件傳遞給主框架結(jié)構(gòu)，再傳遞至地面，主框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)合理性尤為重要；并且，主框架結(jié)構(gòu)作為建筑的主要支撐體系，對建筑整體造型起到?jīng)Q定性作用，主框架結(jié)構(gòu)的美觀性同樣是結(jié)構(gòu)選取的一個重要因素。本文中以擬機構(gòu)方法與遺傳算法優(yōu)化得到的單層網(wǎng)殼作為結(jié)構(gòu)主框

3、架，對方法進行說明；
　　2.次級結(jié)構(gòu)的創(chuàng)構(gòu)
　　本文將計算機圖形學(xué)中的Loop細分方法引用到次級結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的構(gòu)建中，通過對網(wǎng)格進行選取中心控制點、網(wǎng)格粗分、網(wǎng)格細分等一系列操作，構(gòu)建出次級結(jié)構(gòu)初始模型。由于Loop細分網(wǎng)格基于幾何方法生成，需要對其力學(xué)性能進行優(yōu)化，本文中選取結(jié)構(gòu)應(yīng)變能作為優(yōu)化目標函數(shù)，通過調(diào)整節(jié)點Z坐標，使結(jié)構(gòu)應(yīng)變能降至最低。從而形成兼具美觀性與受力合理性的次級網(wǎng)格結(jié)構(gòu)；
　　3.主次結(jié)構(gòu)一體化方法<

4、br>　　根據(jù)主框架網(wǎng)格劃分情況，對其網(wǎng)格內(nèi)部進行再次造型，創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)。主次結(jié)構(gòu)根據(jù)荷載換算關(guān)系聯(lián)系到一起，在對主結(jié)構(gòu)的每個網(wǎng)格創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)之后，將主次結(jié)構(gòu)進行拼裝，形成具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。在次級結(jié)構(gòu)創(chuàng)構(gòu)的過程中，對結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)變能變化進行分析，論證方法的合理性。
　　利用本文方法建立的具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力合理、形式新穎、造型美觀、具有很強的視覺沖擊力。由于創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)是對主框架結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元進行獨立的操