基于力密度法的树状结构找形及稳定承载力优化算法

力密度法通常用于张拉索网结构等不需要考虑稳定性的结构体系的找形分析,但对于树状结构,由于其在竖向荷载作用下所有构件仅受到轴向压力的作用,除了找形以外还需要考虑构件稳定承载能力的问题。利用力密度法对树状结构进行找形分析的基础上,引入欧拉稳定承载力计算理论以考虑构件几何长度对稳定承载力的影响,并提出了相应的迭代算法。推导了适用于树状结构的修正迭代力密度理论计算式,通过改变每一个分枝的力密度进而达到优化分枝长度的目标。通过与已有计算结果的对比验证所提对于平面树状结构算法的可靠性,对空间树状结构进行分析验证所提算法对于复杂树状结构的适用性。算例分析表明：采用所提算法迭代100次即可得到收敛的结果,耗时5min左右;与数值逆吊法找形相比,避免了双单元法抗弯刚度不恰当而导致的计算不收敛问题。     

基于动力松弛的树状结构单元集群找形分析

树状结构作为一种外形美观的支承结构,可与自由曲面网壳共同应用于大型公共建筑。采用动力松弛法确定树状支承结构与自由曲面网壳的合理形状时,在所得到的树状结构中常会出现低效构件。为此,提出了基于动力松弛的树状结构单元集群找形方法,该方法通过单元集群的方式,使模型中处于同一集群内的单元受力状态相同,这可以有效地避免树状结构与自由曲面网壳联合找形所得结构中出现低效构件。算例分析表明：通过设置单元集群,可以使找形最终所得到的结构中处于同一集群内的构件轴力分布均匀,从而保证各分支杆件在传力过程中均能起到积极作用;不同的单元集群方案对应着不同的找形结果,因此,单元集群也可作为调整结构形状的重要手段,在保证结构受力性能良好的基础上为结构设计提供多种方案。     

基于数值逆吊法的树状结构智能设计算法

由于美观的造型以及高效的结构效率,树状结构越来越多地应用于大型建筑以及地标性建筑中.树状结构研究的关键除找形问题外,更为关键的问题是最优拓扑的确定,即寻找能够高效承受外部荷载的各分枝之间的连接关系.在前期基于数值逆吊法研究成果的基础上,提出了树状结构的拓扑优化数值算法,该算法根据构件的效能选取移除分枝,最终达到每一级的...     

基于BP神经网络算法的树状结构智能找形研究

为实现非均布荷载工况或支撑不规则曲面屋盖情况下的树状结构找形设计,提出了一种基于BP神经网络算法的智能找形方法.该方法将树状结构各支撑点的荷载、跨度及分叉角度作为设计条件,以节点零弯矩和结构稳定性为设计目标,利用人工智能BP神经网络对下层分级节点进行智能定位,由上而下逐级递推实现树状结构的整体几何形态找形.以二维树状结...     

自由曲面薄壳结构数值逆吊找形方法研究

数值逆吊找形法是一种生成零弯矩型自由曲面薄壳结构的高效方法。为了解决基于非线性有限元数值逆吊找形法在求解弱刚度结构时收敛性不佳的问题,通过引入向量式有限元法,提出了一种改进的数值逆吊找形方法。该方法采用向量式有限元法求解逆吊结构的平衡构形,并通过局部线性化方法调整柔性索单元的弹性模量,实现对逆吊结构形状的控制。在此基础上,进一步提出了可实现多点精确控制的分步刚化法,解决了复杂形状逆吊结构的找形问题。应用所提方法对Isler设计的某逆吊石膏模型进行数值找形,并将数值找形结果与实际模型扫描结果进行对比,验证了所提方法的正确性和有效性。     

欧拉稳定承载力约束下树状结构找形优化研究

找形是树状结构研究的关键问题之一,为此,首先提出了基于双单元数值模型的找形迭代程序,并利用已有研究结果对所提出方法进行了验证,计算结果表明利用该方法所得到的树状结构形态在给定荷载作用下只受到轴力。在此基础上,基于欧拉稳定压杆理论,对树状结构各分支的几何长度进行了优化,在保证各个构件只受到轴力的同时,确保整体结构的稳定承载力最大化。研究结果表明,所提的找形优化方法可以精确考虑平面及空间树状结构各个构件计算长度系数和截面特性对稳定性的影响,计算效率高,可为复杂树状结构的找形优化工作奠定理论基础。     

找形研究——从高迪到矶崎新对合理形式的探索

本论文简述了自高迪以来找形的历史.早期的找形的办法多是采用物理的方法,例如高迪的垂吊找形法、奥托的肥皂膜找形法和艾斯勒的充气薄膜找形与悬垂薄膜找形。而在计算机时代,通过有限元分析法进行结构优化处理.解决了许多复杂的结构计算问题,可以更科学的寻找合理的形式。更加自由的结构形式在以计算机为基础的信息时代有了实现的可能性。     

Form-finding and buckling capacity optimization of branching structures based on force density method

力密度法通常用于张拉索网结构等不需要考虑稳定性的结构体系的找形分析，但对于树状结构，由于其在竖向荷载作用下所有构件仅受到轴向压力的作用，除了找形以外还需要考虑构件稳定承载能力的问题。利用力密度法对树状结构进行找形分析的基础上，引入欧拉稳定承载力计算理论以考虑构件几何长度对稳定承载力的影响，并提出了相应的迭代算法。推导了适用于树状结构的修正迭代力密度理论计算式，通过改变每一个分枝的力密度进而达到优化分枝长度的目标。通过与已有计算结果的对比验证所提对于平面树状结构算法的可靠性，对空间树状结构进行分析验证所提算法对于复杂树状结构的适用性。算例分析表明：采用所提算法迭代100次即可得到收敛的结果，耗时5min左右；与数值逆吊法找形相比，避免了双单元法抗弯刚度不恰当而导致的计算不收敛问题。     

体内张拉成形空间网格结构径向迭代找形算法

针对体内张拉成形空间网格结构工程应用需要,在几何位移迭代法的基础上提出了一种仅对跨度方向,即径向坐标迭代计算的简易结构找形方法—径向迭代找形算法,并通过一个80 m跨的体内张拉成形空间网格结构实例,对其找形过程特点做了细致的对比分析,结果表明该法找形速度快、迭代计算简单,经过6次迭代,坐标误差的最大绝对值仅为ΔR=7.03E-04 m、Δθ=6.7E-0o、ΔZ=0.04 m,通常情况下完全可以满足实际施工要求,而且可以确保结构成形分析和受荷分析的连续性和完整性,非常适合于体内张拉成形空间网     

考虑稳定性的树状结构形态布局优化研究

为了研究树状结构在满足结构合理受力状态基础上,树状结构形态布局与结构稳定性之间的关系,基于逆吊递推找形法建立树状结构几何模型,考虑结构初始缺陷和几何-材料双重非线性,采用有限元法对树状结构进行结构稳定性计算,分析了管径、相邻级杆外径比、分支节点位置等参数对结构稳定性和失效模式的影响。研究结果表明：在JGJ 7—2010《空间网壳结构技术规程》中规定的幅值下,初始缺陷对结构稳定性影响较小,几何-材料非线性对树状结构稳定性影响较大;主干管径与结构高度之比为0.045时,结构稳定承载力最大,结构单位质量承载力随管径增加呈先增加后趋于水平的变化规律;外径比影响结构失稳形式,结构稳定性随外径比的增加呈先增大后减小的变化规律,外径比为0.8时结构单位质量承载力最大;分支夹角(结构形态布局)对树状结构稳定性影响显著,当分支与主干轴线夹角为30°时,树状结构材料利用率最大,形态布局最优;树状结构稳定性随外侧杆件刚度的增大而显著提高。     

黑龙江省新博物馆树状结构形态创建与稳定性分析

树状结构是一种具有形态统一特征的新型空间结构形式，特别适用于展览馆、航站楼等大型公共建筑中。以黑龙江省新博物馆自然展区树状结构为例，详细介绍该结构的形态创建过程，通过对单柱方案和六柱方案的比较分析，获得了具有良好建筑效果且受力合理的空间结构形式；对该树状结构进行非线性全过程分析，考察结构的失稳模式，指出对于这种复杂空间刚架体系，整体稳定性分析应同时考虑几何非线性和材料非线性；探讨构件计算长度系数的确定方法，指出树状结构的杆件计算长度系数无法参照规范规定，而应通过对整体模型中的杆件失稳模态分析确定；最后，采用基于整体模型的屈曲分析方法给出各级分枝的计算长度系数取值建议。     

树状结构杆件计算长度系数研究

树状结构的杆件受力以轴压作用为主，稳定性是其结构设计中的控制因素。然而由于树状结构的复杂性，在现行规范中并未给出其杆件计算长度系数的取值建议。为解决该问题，首先从理论出发，利用位移法推导了简单平面树状结构杆件的计算长度系数解析式，确定了影响计算长度系数取值的关键参数；然后以有限元特征值屈曲分析法为基础，提出并改进了针对树状结构的1阶整体失稳法，研究了空间树状结构各级杆件计算长度系数随结构高跨比和相邻杆件刚度比的变化规律；最后，通过统计分析给出了空间树状结构树干和各级分支的计算长度系数的取值建议。研究表明，有侧移树状结构的1阶整体失稳模态与悬臂柱相近，而无侧移树状结构的1阶整体失稳模态与两端铰支柱相近，根据该特点可以快速确定树状结构的整体计算长度系数，并进一步确定树干和各级分枝的计算长度系数，以期为工程中高效开展树状结构的稳定性设计提供理论参考。     

透孔山丘

奥运会不可避免地给举办城市遗留下大量的体育场馆。这些大型的、偏远的建筑将成为城市的负担。本文首先质疑这类标志性体育场馆的魅力和价值,之后提出改造城市体育场馆的传统类型的方案——在城市中植入一系列充满活力的节点,形成多层面分支网状结构。这样就可以将主办城市在不同阶段的需求融为一体,无论在奥运会之前还是奥运会结束以后,都能很好地为城市服务。     

基于非线性力密度法的索膜结构形态分析

基于非线性力密度法原理建立了索膜结构分析方程,运用此法对一个工程实例进行了找形分析,在找形分析的基础上对索膜结构进行进一步的荷载分析及剪裁分析,从而为索膜结构形态分析方法研究奠定基础。     

膜结构裁剪分析中考虑预张力释放的计算方法

本文针对膜结构裁剪分析中的关键问题──膜片预张力释放问题,根据弹性动力学原理,建立了膜片预张力释放计算模型。文中描述并求解了一个在预张力状态下的膜结构随预张力释放到一个无张力状态下的膜结构的过程,并给出了算例。