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

1、自由曲面空間網(wǎng)格結構憑借其豐富的建筑表現(xiàn)力和強烈的視覺沖擊效果，近年來得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應用，成為目前空間結構發(fā)展的主要趨勢之一。但此類結構設計中仍存在以下兩個關鍵問題:一是在追求靈活、自由化的建筑造型時，難以根據(jù)幾何特征對自由曲面空間網(wǎng)格結構進行歸類，使得基于幾何特征的參數(shù)化建模方法難以實現(xiàn)，設計效率較低;二是由于自由曲面空間網(wǎng)格結構屬于典型的“形效結構”，復雜的曲面形式使得其靜力和動力作用下的穩(wěn)定性能與傳統(tǒng)形式的空間網(wǎng)格結構存

2、在較大差異，針對自由曲面空間網(wǎng)格結構的穩(wěn)定性能尤其是動力穩(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樣條為表達手段，提出一種波浪形自由曲面空間網(wǎng)格結構。在此基礎上，總結歸納了該類結構的幾何特征及其特征參數(shù)，并針對其形態(tài)和穩(wěn)定性能展開了一系列研究。
　　針對形態(tài)問題，首先利用其幾何特征參數(shù)在Grasshopper平臺中采用可視化編程的方式實現(xiàn)波浪形自由曲面的參數(shù)化構形，并通過等參線

3、分割法實現(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。然后選取整體應變能和屈曲特征值為目標函數(shù)，以型值點坐標為設計變量，采用具有多起點尋優(yōu)功能的可行方向法在Hypermesh和Optistruct軟件中進行波浪形自由曲面的多目標優(yōu)化。結果表明該方法效率高，優(yōu)化效果好，僅對單一幾何參數(shù)的調(diào)整即可實現(xiàn)曲面整體剛度和穩(wěn)定性能的大幅提高。
　　針對穩(wěn)定性問題，利用ANSYS軟件對波浪形自由曲面空間網(wǎng)格結構進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力時程分析，揭示了其靜力和動力失穩(wěn)機理。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稱分布對結構靜力穩(wěn)定性的影響，并在球殼基礎上逐步增大波浪特征，對比分析波浪特征引起的失穩(wěn)機理變化。然后采用荷載域全程響應分析法研究了不同程度波浪特征、不同地震方向、和不同地震波下結構的動力響應和動力失效模式。得出以下有參考價值的結論: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