逆吊實驗法的數值模擬及應用.pdf

1、新形態(tài)空間結構是現代空間結構發(fā)展的重要方向之一,而如何實現結構優(yōu)美形體與合理受力的協調統一則是新形態(tài)空間結構設計中需要解決的關鍵問題。結構形態(tài)學作為研究結構形狀與其受力性能之間關系的科學,為新形態(tài)空間結構的發(fā)展提供了理論基礎,但由于其發(fā)展時間較短且多學科交叉特點明顯,目前尚處于探索階段。
　　自由曲面是新形態(tài)空間結構的一種典型形式,因其具有良好的視覺沖擊力并能體現建筑美的多樣性,是當前結構形態(tài)學領域的研究熱點。如何在曲面生成過程中

2、實現曲面多樣性與受力合理性的有機結合,即所謂的形態(tài)創(chuàng)建問題,是自由曲面結構設計中的首要問題。自由曲面結構的形態(tài)創(chuàng)建方法可大致分為基于模型實驗的形態(tài)創(chuàng)建方法和基于優(yōu)化分析的形態(tài)創(chuàng)建方法兩類。前者在結構形態(tài)學發(fā)展初期發(fā)揮了重要作用,而近年來隨著計算機技術的發(fā)展,后一類方法受到了更多重視。盡管如此,由于以逆吊實驗法為代表的模型實驗方法具有概念清晰、形象直觀的特點,因此仍不失為是一種探索結構形態(tài)學的重要手段。為了解決模型試驗方法中普遍存在的實驗

3、相似律和測試精度等問題,本文提出利用數值模擬來實現逆吊實驗過程的研究思路,這樣做的好處是拓寬了逆吊實驗法的適用范圍,有利于不同方案的比較。
　　考慮上述研究背景,本課題主要開展了如下研究工作:
　　(1)數值逆吊實驗法的提出
　　采用非線性有限元法模擬逆吊實驗過程,獲得具有零彎矩或小彎矩特征的曲面結構形狀,并通過引入二分法實現了逆吊形狀的精確控制;在此基礎上,同時進行截面調整與數值找形,實現了以應力分布均勻為目標的自由

4、曲面結構形態(tài)創(chuàng)建;完成一系列逆吊模型實驗,利用模型3D掃描技術將實驗模型與數值創(chuàng)建結果進行對比,驗證了本文方法的準確性。
　　(2)基于數值逆吊實驗法的結構形態(tài)多樣性研究
　　逆吊實驗法的原理相對簡單,但如何利用簡單的原理獲得較為豐富的建筑造型是數值逆吊實驗法需要解決的關鍵問題。本文通過改變邊界條件、材料屬性、荷載分布等參數,探討了結構在逆吊狀態(tài)下的形態(tài)多樣性問題,建立了考慮多樣性的結構形態(tài)調控方法;通過模型試驗和對實際工程