波浪形自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形態(tài)分析與穩(wěn)定性能研究.pdf

1、自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)憑借其豐富的建筑表現(xiàn)力和強(qiáng)烈的視覺沖擊效果，近年來得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，成為目前空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。但此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中仍存在以下兩個(gè)關(guān)鍵問題:一是在追求靈活、自由化的建筑造型時(shí)，難以根據(jù)幾何特征對(duì)自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸類，使得基于幾何特征的參數(shù)化建模方法難以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)效率較低;二是由于自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)屬于典型的“形效結(jié)構(gòu)”，復(fù)雜的曲面形式使得其靜力和動(dòng)力作用下的穩(wěn)定性能與傳統(tǒng)形式的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)存

2、在較大差異，針對(duì)自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能尤其是動(dòng)力穩(wěn)定性能的研究尚不完善。
　　本文將深海貝殼的波浪形貌特征融入到球形曲面中，以非均勻有理B樣條為表達(dá)手段，提出一種波浪形自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納了該類結(jié)構(gòu)的幾何特征及其特征參數(shù)，并針對(duì)其形態(tài)和穩(wěn)定性能展開了一系列研究。
　　針對(duì)形態(tài)問題，首先利用其幾何特征參數(shù)在Grasshopper平臺(tái)中采用可視化編程的方式實(shí)現(xiàn)波浪形自由曲面的參數(shù)化構(gòu)形，并通過等參線

3、分割法實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)格形式的參數(shù)化網(wǎng)格劃分，證明了參數(shù)化建模的可行性。然后選取整體應(yīng)變能和屈曲特征值為目標(biāo)函數(shù)，以型值點(diǎn)坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量，采用具有多起點(diǎn)尋優(yōu)功能的可行方向法在Hypermesh和Optistruct軟件中進(jìn)行波浪形自由曲面的多目標(biāo)優(yōu)化。結(jié)果表明該方法效率高，優(yōu)化效果好，僅對(duì)單一幾何參數(shù)的調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)曲面整體剛度和穩(wěn)定性能的大幅提高。
　　針對(duì)穩(wěn)定性問題，利用ANSYS軟件對(duì)波浪形自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力作用下的非線

4、性全過程分析和地震作用下的彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析，揭示了其靜力和動(dòng)力失穩(wěn)機(jī)理。首先探討了網(wǎng)格形式、幾何參數(shù)、初始幾何缺陷和活載不對(duì)稱分布對(duì)結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性的影響，并在球殼基礎(chǔ)上逐步增大波浪特征，對(duì)比分析波浪特征引起的失穩(wěn)機(jī)理變化。然后采用荷載域全程響應(yīng)分析法研究了不同程度波浪特征、不同地震方向、和不同地震波下結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)和動(dòng)力失效模式。得出以下有參考價(jià)值的結(jié)論:凱威特網(wǎng)格相比肋環(huán)型、肋環(huán)斜桿型、斜放四邊形網(wǎng)格具備更好的靜力和穩(wěn)定性能;滿跨靜