自由曲面樹狀型支撐結構形態(tài)創(chuàng)構方法研究.pdf

1、優(yōu)秀的建筑不僅具備合理的建筑功能、良好的藝術效果、還需要保證安全性、經濟性與實用性，客觀上要求建筑與結構協(xié)調統(tǒng)一。對結構的理解不再是僅僅傳遞荷載的承重骨架，而是構思新型結構的一種有效的工具，而樹狀結構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構形態(tài)，又如何反映實際工程設計中的多種需求，是急需解決的研究課題，也是如何實現(xiàn)建筑與結構協(xié)調統(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構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，提出了創(chuàng)建樹狀型支撐自由曲面結構組合型結構的初始形狀的方法。
　　由于上部結構是殼單元，而下部樹狀結構是桿單元，不能利用單一的有限元分析技術來進行分析。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。此基礎上研究了應變能對節(jié)點的敏感度，導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，為結構形態(tài)創(chuàng)構方法的建立打下了基礎。
　　本文從應變能與樹狀結構形狀的關系出發(fā)，建立了樹狀結構支撐式自由曲面結構形態(tài)創(chuàng)構問題的數(shù)學模型，提出了自由曲面結構樹狀型支撐結構形態(tài)創(chuàng)構方法。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，逐步調整下部

4、樹狀結構形狀，最終實現(xiàn)應變能最小化的方法。還討論了樹狀結構的形狀特點、探討了應變能最小化過程中的應變能與軸力、彎矩的變化規(guī)律，總結了方法的特性與所得到的結構的力學性能，探討了進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計中應用的可能性，并提出了在實際工程設計中應用方法。算例表明下部樹狀結構主要以軸力方式傳遞荷載，很大程度上提高了結構整體的剛度，改善