自由曲面索支撑空间网格结构形态优化

索支撑空间网格结构是一种新型的单层网壳形式,主要应用于玻璃采光顶结构中。由于目前对自由曲面索支撑空间网格结构形态方面的研究国内外还相对较少,为此提出了一套适用于该类结构的形态优化方法。该优化方法采用结构整体应变能为优化目标、结构高度为优化变量、共轭梯度法为优化算法。根据索支撑空间网格结构的建模方法,将优化结构整个曲面转化为优化结构的准线和母线。采用该方法对自由曲面索支撑空间网格结构进行形态优化研究,得到结论如下:首先,采用本文形态优化方法,收敛速度快,形态优化后结构的力学性能提高很大;其次,形态优化过程中平面四边形网格属性不变,优化变量少;最后,对优化后的离散网格重新进行拟合生成曲面,对该曲面重新划分网格,保证网格长度相等。重新划分网格为结构构件加工和施工提供了便利,而且结构力学性能削弱不大。     

自由曲面结构多目标形态优化

根据自由曲面的形成机理,建立自由曲面结构的多目标优化模型。以控制点坐标为优化变量,以应变能密度、特征屈曲值为目标函数,运用遗传算法,采用MATLAB与ANSYS分析软件,对自由曲面进行多目标优化。研究表明,所提出的优化方法适用性强、优化效果较好,可用于各种自由曲面的形态优化。     

基于B样条的自由曲面结构形态创构方法研究

在B样条曲面上设定关键点并引入参考平面,利用所设定的关键点形成B样条曲面与参考平面上参数化B样条曲线确定的内外边界,采用Delaunay网格划分技术进行三角划分,生成能够适应复杂边界的自由曲面初始结构。利用关键点坐标的变化与自由曲面应变能的关系,推导了应变能对关键点的敏感度,建立了结构应变能最小化的自由曲面结构形态创构的方法,解决了以节点为优化变量计算效率低且优化后曲面不光滑需要二次加工的问题。研究结果表明,所提出的方法可以解决在实际工程应用中具有复杂边界的自由曲面形态创构问题,可以创构出自由、灵活的多种合理自由曲面结构,由此获得的曲面结构具有刚度大、承载力高,同时最大限度地抑制了弯矩的产生,且具有初始缺陷对结构受力性能影响减小的特点。     

自由曲面结构多目标形态优化北大核心CSCD

根据自由曲面的形成机理,建立自由曲面结构的多目标优化模型。以控制点坐标为优化变量,以应变能密度、特征屈曲值为目标函数,运用遗传算法,采用MATLAB与ANSYS分析软件,对自由曲面进行多目标优化。研究表明,所提出的优化方法适用性强、优化效果较好,可用于各种自由曲面的形态优化。     

基于多目标形状优化的自由曲面空间结构形态的创建

介绍了结构优化设计的基本理论和方法,对用于全局搜索的遗传算法中的NSGA-Ⅱ算法进行了阐述。最后基于多目标形状优化算法生成了自由曲面的空间结构形态算例。     

自由形态B样条曲面网格生成的参数化方法研究(英文)

研究了自由曲面上网格的参数化生成方法.该方法利用了张量积曲面的特性,通过在曲面上提取等参线并等分等参线来生成网格.阐述了在B样条曲面上提取等参线(实质是B样条曲线)的原理,并给出了等参线等分以及由等参数生成网格的算法步骤.列举三个不同类型曲面上网格生成的例子,通过这些算例进一步介绍该方法的使用范围和使用策略.最后通过在实际工程中的应用案例表明该法的实用性及有效性.这一新网格生成技术能够划分出既均匀又美观的网格,可以广泛应用于自由曲面空间网格结构.     

曲线变换型自由曲面结构的形态创建

基于结构形态学的基本概念,通过将结构几何形状的建立方法与寻找合理受力性能的数值优化方法相结合,提出了一种适用于曲线变换型自由曲面结构的形态创建方法。以B样条函数表达母线和准线,以应变能作为评价结构受力性能的指标,基于梯度法推导出结构应变能与B样条函数曲线控制点坐标间的导数关系,根据应变能的变化梯度确定控制点坐标的调整方向,通过逐步调整控制点坐标,获得一系列具有较小应变能的合理曲面形状。利用FORTRAN语言编制了相应的形态创建程序,并通过具体算例验证了方法的有效性。结果表明：该方法可保证结构在形态创建过程中,曲面上曲线的相对位置关系保持不变,为进一步实现连续壳体的离散化提供了条件;且由于控制点的数量远少于曲面上离散点的数量,因此相比于直接调整曲面坐标的形态创建方法,该方法计算效率更高。     

自由曲面空间网格建筑形态获取与模型实现

随着结构设计手段、施工技术及材料的发展和应用,现代建筑的外观追求以"曲"为特征的连续、平滑的形态,和柔和的艺术美感。文章提出并实践了自由曲面网格建筑外形的一种逆向设计方案,包括从物理模型到数字模型的三维信息输入,和从数字模型到物理模型的实物展示。引入三维扫描与三维打印技术,追求精确和便捷的一体化研究,达到曲面网格建筑美感和结构性设计的统一。     

自由曲面空间网格结构研究及力学性能分析

基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的ZD-mesher软件,对NURBS表达的自由曲面,分别采用映射法和映射-拟桁架法进行网格划分,得到两种形式的曲面网格.对这两种自由曲面网格结构进行受力分析,并结合建筑视觉效果、结构力学性能及建造经济性等指标,综合评判网格形式对于自由曲面空间结构的影响,为此类结构的实际工程应用提供参考.最后,针对某自由曲面网格结构实际工程,进行网格划分,并分析其受力性能,获得建筑美观和结构性能的完美统一.     

基于单目标形状优化的自由曲面空间结构形态的创建

自由曲面结构形态其形状的优化基于灵敏度分析,采用基于响应曲面的形状优化法对自由曲面进行结构形态的创建。利用单元目标优化算法——序列二次规划算法中的NLPQL算法进行分析,结合响应曲面法用于拟合目标函数生成几个自由曲面的空间结构形态算例。优化后的自由曲面结构形态性能良好。     

自由形态空间网格结构建模技术研究综述

自由形态空间网格结构是指结构整体几何形态不能用解析函数精确表达或拟合,并能以任何方式自由变化的空间网格结构,具有形式多样化和自由化的特点,但其网格划分存在一定的难度.本文总结以往的研究成果,将其归纳和汇总为三种自由形态空间网格结构建模的思路,然后总结并分析比较了用于自由形态网格生成的典型方法的特点、性能及其应用,总结了网格质量的衡量指标及网格优化方法,同时对曲面造型方法及曲面优化方法进行介绍,最后对自由形态空间网格结构建模技术的发展做出展望.     

基于双三次B样条插值的空间结构自由曲面

双三次B样条插值曲面方法是工业造型、机械制造领域应用成熟的一种自由曲面设计方法，本在分析空间结构曲面设计现状、需求以及不足的基础上，提出了应用C^2连续的双三次B样条插值曲面方法进行空间结构自由曲面设计算法，并通过实例论证了该算法的可行性和有效性。     

自由曲面网格结构的力学性能研究

首先介绍了自由曲面网格结构网格划分方法的研究现状。其次,基于浙江大学空间结构研究中心自主研发的自由曲面网格划分专用软件ZD-Mesher,选取曲面展开和引导线法结合的网格划分方法,对同一曲面划分不同走向的网格。最后,根据自由曲面的网格,建立有限元分析模型,分析并比较同一曲面不同走向网格的力学性能。结果表明,由此得到的自由曲面网格,基本实现了美学与力学的兼顾统一。     

基于有限元法的自由曲面结构形态的创建

介绍了几何非线性有限元理论中几何非线性的分析求解过程。通过对变形的位移描述与应变描述、几何方程、物理方程和平衡方程四方面详细解释及介绍了自由曲面结构形态的创建依据。     

基于GH平台的自由曲面形态构建与优化

单层网格结构设计过程中,网格结构往往因形态不同,在竖向荷载作用下产生过大弯矩导致设计困难。本文将柔性结构中找形的概念应用于刚性结构,以某一单层网壳构架为例,提出利用应变能最小为目标以达到曲面优化目的之方法。本研究基于Rhino+Grasshopper(简称GH)软件平台进行分析,过程中考虑自重,采用遗传基因优化算法,完成单层网格结构形态构建,并且通过优化减少因自重引起的弯矩。通过本文优化方法设计的网壳结构与建筑初始曲面外形相似,但承载能力有较大幅度的提高。预期通过本文所提供的方法,可以提高方案过程中建筑—结构配合度,减少设计过程中重复工作,提高设计效率,为设计工作提供新的思路。     

基于切比雪夫网格的自由曲面网格自适应及杆长优化

本文基于Rhino软件及其参数化设计插件Grasshopper,实现了切比雪夫网格在该平台的应用。首先针对自由曲面网格结构有曲面边界的特点,定义了切比雪夫网格的杆件类型;然后通过自动寻找曲面边界对自由曲面进行延伸,并在延伸后的曲面上生成切比雪夫网格,利用曲面边界进行裁剪;最后利用弹簧质点法对得到的边界网格进行杆长分组优化,同时能够保证网格形状基本不变。该方法能够在切比雪夫内部网格可控、均匀、流畅性的基础上有效减少杆长分组,方便切比雪夫网格的结构设计与施工。     

基于鲁棒性的自由曲面结构优化设计研究

由于造型复杂、受力不明确,自由曲面的形状、拓扑难以确定,保证其安全性能难度较高。为此,以结构非线性H∞鲁棒性指标为目标,以非均匀有理B样条法的曲面控制点坐标以及划分单元的厚度为优化变量,采用差分演化算法对曲面形状进行力学微调优化,并求解自由曲面形状和材料分布联合优化设计问题,得到最优的曲面形状和拓扑构型。结果表明,差分演化算法具有较强的寻优能力,通过优化调整曲面的形状和材料分布,可大幅提高曲面的鲁棒性和刚度,改善结构的受力性能。通过六角星形穹顶结构的非线性屈曲分析,阐述了鲁棒性指标与应变能指标的联系和区别,表明鲁棒性指标能够较好地反映结构的屈曲过程、表征破坏后果,采用鲁棒性指标进行自由曲面的优化设计可以确保结构的安全性。     

自由曲面结构形态创建的NURBS-GM方法

自由曲面结构以其卓越的建筑表现力成为当今空间结构发展的趋势之一,并在越来越多的实际工程中得到应用。与传统的空间结构相比,自由曲面空间结构设计的难点在于如何处理好新颖建筑造型与结构合理受力性能之间的关系。近年来,结构形态学的发展,特别是结构形态创构理论的提出,为解决自由曲面结构的形态设计问题提供了有效途径。借鉴结构形态创构的思想,将非均匀有理B样条(NURBS)曲面造型技术与寻求结构应变能最小的梯度算法相结合,提出一种适合于NURBS自由曲面结构特点的形态创构方法——NURBS-GM法。该方法的特点是,通过调整NURBS曲面的控制点坐标和权因子来获得整体应变能最小的曲面形状,从而改进了以往以直角坐标为调整变量的结构形态创构方法的计算效率。最后,通过若干算例证明本文方法的有效性。     

索穹顶结构预应力多目标优化的小生境遗传算法

根据索穹顶结构的柔性结构特点和力学特性,探索以质量最小、刚度最大和支座反力最小为目标函数,以预应力整体可行性准则、荷载态应力控制和位移限值为约束条件的多目标优化模型。结合自适应技术、预选择机制和共享函数小生境技术对传统遗传算法进行改进,利用加权系数法将多目标优化问题转换为单目标Pareto最优解问题。利用向量式有限元对不同预应力水平的结构进行静力分析。最后通过两个不同类型索穹顶算例,采用自编程序的计算结果证明所提出的方法是有效的,为索穹顶结构预应力优化分析提供了新的计算方法。