自由曲面結(jié)構(gòu)形態(tài)優(yōu)化及新型配套裝配式節(jié)點(diǎn)的開發(fā)與研究.pdf

1、自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以其卓越的建筑表現(xiàn)力成為了當(dāng)今空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要趨勢之一，并在越來越多的實(shí)際工程中得到應(yīng)用。如何在尋求自由曲面建筑形狀與結(jié)構(gòu)受力之間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，自由曲面的形態(tài)優(yōu)化學(xué)也應(yīng)運(yùn)而生。
　　本文根據(jù)自由曲面的形成機(jī)理，以控制點(diǎn)的坐標(biāo)為優(yōu)化變量，以應(yīng)變能密度、特征屈曲值為目標(biāo)函數(shù)，運(yùn)用遺傳算法，采用MATLAB與ANSYS分析軟件，對自由曲面進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。研究表明，所提出的優(yōu)化方法適用性強(qiáng)，優(yōu)化

2、效果較好，可用于各種自由曲面的形態(tài)優(yōu)化。
　　為適應(yīng)自由曲面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，開發(fā)了一種新型的裝配式節(jié)點(diǎn)形式——螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)。為深入剖析該節(jié)點(diǎn)在面內(nèi)、面外的抗彎剛度、承載力和破壞機(jī)理，設(shè)計(jì)了12組試件進(jìn)行節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:該新型節(jié)點(diǎn)傳力機(jī)制明確、受力合理可靠、裝配過程簡單、空間幾何適應(yīng)性強(qiáng);高強(qiáng)度螺栓直徑是影響節(jié)點(diǎn)半剛性性能的最主要因素，轉(zhuǎn)接頭壁厚對節(jié)點(diǎn)半剛性性能影響不大。
　　對螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)建立了ANSYS有限

3、元模型，考慮大變形影響，采用Von-Mises屈服準(zhǔn)則，結(jié)合使用罰函數(shù)和增廣拉格朗日模擬節(jié)點(diǎn)各零件之間的接觸行為，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。計(jì)算模型能夠較好地模擬節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力狀態(tài)，
　　采用Kishi-Chen的冪函數(shù)模型，推導(dǎo)了螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)的彎矩-轉(zhuǎn)角模型，經(jīng)與試驗(yàn)結(jié)果、有限元分析結(jié)果比較，能較好地模擬螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)的半剛性性能。此外，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力特點(diǎn)，提出了螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)各主要零件的設(shè)計(jì)方法。
　　為驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方

4、法的可靠性，制作了3組試件對螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力性能進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)延性較好，有限元能準(zhǔn)確模擬試件的實(shí)際受力性能，節(jié)點(diǎn)能滿足實(shí)際工程的要求。
　　最后以一個(gè)實(shí)際的自由曲面工程為例，以應(yīng)變能密度、特征屈曲值為目標(biāo)函數(shù)，采用遺傳算法對其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，分析結(jié)果表明，通過優(yōu)化之后，結(jié)構(gòu)的靜力性能與穩(wěn)定性能均有所提高，能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步說明了優(yōu)化方法在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性。采用螺栓圓臺節(jié)點(diǎn)，根據(jù)各桿件的內(nèi)