大跨拱支预应力网壳结构的模糊优化设计研究

针对武汉长江防洪模型展示大厅采用的大跨拱支预应力网壳结构,考虑优化目标函数与约束条件的模糊性,建立了该类结构体系的模糊优化设计数学模型;求解时首先通过约束水平截集法,将模糊优化模型转化为一系列确定性优化模型;然后基于拱支预应力网壳的结构特点,将预应力构件(拉索和吊杆)截面尺寸、预应力作用取值(构件初始应变)以及非预应力构件截面尺寸等优化设计变量分别归为不同的优化级别,采用分级优化思想对确定性优化模型进行求解;最后依据结构经济性与安全性平衡的目标求出结构的最优约束水平,从而得到最优的结构设计方案,并同时确定结构的合理预应力分布,由此形成了拱支预应力网壳结构的两阶段三级模糊优化设计方法。     

一种索穹顶结构初始预应力分布确定的新方法—预载回弹法

对索穹顶结构初始预应力分布的确定进行了研究,提出一种新方法—预载回弹法。该方法首先对索穹顶施加一个预设荷载,提取有利于抵抗预设荷载的内力分布。将该组内力作为预应力施加至结构上,并撤除预载,使结构回弹,通过两阶段变弹性模量迭代计算,收敛后可获得索穹顶结构的整体可行预应力分布。该方法通过施加对称荷载,即可自动实现单元的分组,便于整体可行预应力的判定,并可直接获得多自应力模态结构的优化初始预应力分布。通过算例证明预载回弹法具有很高的精度、较快的收敛速度,求得的整体可行预应力分布直接适用于实际工程应用。     

张拉整体结构的预应力优化

张拉整体结构属于一种崭新的张拉结构体系，结构中索单元的初始预应力在结构的成型态和荷载态都起着关键作用。本文应用最优化原理，提出了张拉结构中索单元初始预应力的优化调整方法，通过对一张拉整体索穹顶模型结构的分析比较，验证了本文调整方法的合理性。     

空间三撑杆双环索索穹顶考虑自重的预应力计算方法及参数分析

基于传统索穹顶构造形式的单一性和力学性能的不足,提出了一种空间三撑杆双环索索穹顶。提出了一种基于位移法与节点平衡法结合求解索、杆预应力的方法,并运用该方法计算比较了该索穹顶结构在是否考虑自重情况下预应力分布的差别;给出了索穹顶在考虑不同参数影响下的预应力计算表,对比了各种参数对结构性能的影响。结果表明:在考虑结构自重情况下,该索穹顶绝大部分索、杆预应力值都有不同程度的增大;撑杆高度与矢跨比的增大,会导致索穹顶结构中几乎所有构件的初始预应力值呈现减小的趋势,但增大撑杆高度相较于增大矢跨比影响更大。因此,在实际工程中,更多采用增大撑杆高度的方案。     

索穹顶结构的新形式及其初始预应力确定

索穹顶结构是美国工程师Geiger 根据Fuller 的张拉整体结构思想开发的一种新型预张力结构。现有的索穹顶结构形式主要有肋环型和联方型两种,并应用在不同的工程中。针对现有索穹顶结构形式存在的缺点提出了几种新型的索穹顶结构形式,并运用整体可行预应力概念对结构初始预应力进行了计算。算例分析表明杆件的正确分组是得到索穹顶结构整体平衡预应力分布的关键。本文的工作可以为该类结构的初始选型和设计提供依据。     

联方型双撑杆索穹顶考虑自重的预应力计算方法

为了改善传统索穹顶结构的受力性能,该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构,该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连,稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题,根据节点平衡方程,推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式;给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表,分析了该结构的受力特性;比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别,并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明:随着矢跨比和撑杆高度的增大,结构中所有构件的初始预应力将减小;在自重荷载下,内圈脊索内力降低,最外圈斜索和环索内力显著增加;采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布,为工程设计提供参考。     

超静定无粘结预应力变截面楼板结构的分析

武汉世界贸易大厦工程采用了两端固结超静定无粘结预应力混凝土变截面楼板结构,高跨比达1/52。这种楼板结构可以使弯矩分布合理,并可减轻楼板结构的重量,增大开间。本文简要介绍了该工程楼板结构的局部模型试验研究,建立了无粘结预应力混凝土变截面楼板结构的弹塑性全过程分析方法,计算结果与试验结果吻合较好。     

平衡矩阵理论的探讨及一索杆梁杂交空间结构的静力和稳定性分析

首先对索杆杂交结构采用平衡矩阵理论进行了探讨。对于索杆杂交结构而言,可以根据平衡矩阵确定体系在初状态几何下的整体预应力分布和大小,但是必须考虑变形相容条件和本构关系即各个单元的柔度分布。只有满足体系柔度分布的杆件截面尺寸的结构才能最终施工张成给定的预应力分布和设计几何。由相容方程和平衡方程提出了包含局部超静定结构的索杆杂交结构的柔度分布确定方法和独立柔度分布模态这一概念。算例分析结果验证了方法的正确性。其次,对一索杆梁杂交空间结构的计算分析方法及其初步的静力及其稳定性进行了研究。基于局部分析法对索杆梁体系的预应力分布和大小进行了优化分析。在优化目标下,最优的预应力分布是外环预应力较大,中环、内环预应力要小很多。并以预应力作为整体自平衡的初始内力情况下对其进行了初步静力和稳定性分析。结果表明柔性体系和刚性体系的杂交实际上只能为刚性体系提供大变形的安全储备,而并不能有效的降低体系的挠度,但是预应力的存在却可以有效的改变梁单元轴力的性质和水平。相比单层网壳,索杆梁体系的稳定性能有了较大提高。     

张弦梁结构若干问题的探讨

张弦梁(桁架)结构已在我国大型工程中有所应用,但对该种结构的设计和施工过程的理论研究并不完善。对张弦梁结构设计和施工过程中的若干问题进行了较为深入的理论研究,包括该结构各个单元的预应力分布、施工过程的模拟分析等。首先,将平衡矩阵理论推广应用于包含索杆梁三种单元的杂交空间结构,给出了二节点梁单元和杆单元单元平衡矩阵的一般表达式,并对一小型张弦梁结构的整体平衡矩阵进行了分析,求得其独立自应力模态数为一。其次,提出了基于将索、杆单元和梁单元分开的结构分块的分析方法--局部分析法。该方法不仅可以用来求解张弦梁结构的初始预应力分布,同时也可以用于确定体系的零状态几何形状。因而求解张弦梁结构初始预应力分布就有了两种方法。最后,算例分析验证了方法的正确性。     

斜腹杆体外预应力索内力分析

基于传统体外预应力加固技术,提出了斜腹杆索结构体外预应力加固技术;以简支梁的加固为研究对象,对加固后组合结构体系的参量做了基本假定,建立了索结构理论模型并进行了推导,得到了组合结构中索变形增量的计算式和索张力的计算式;在索结构计算中改变了索长不变的假定,分析了索变形、索张力与荷载的关系.结果表明:索结构形状曲线为椭圆的...     

输入信息不完备下预报-校正类识别法探讨

输入信息测试不完备是结构动力测试中常遇到的问题,本文在回顾这方面文献的基础上,重点对预报-校正迭代算法进行了研究,针对该算法提出的第一类迭代过程,分别从部分输入未知和全部输入未知两方面进行讨论,从理论分析和数值算例说明了该迭代算法存在的不足,证明了学者们长期以来对该算法提出的疑问.     

基于YOLO模型的机器人电梯厅门装箱状态快速识别方法

目的针对电梯厅门柔性生产线机器人装箱后厅门状态识别问题,提出一种基于YOLO模型的电梯厅门装箱状态快速识别方法。方法采用工业相机采集装箱后厅门图像信息,并制作成样本训练集,然后将训练集输入到目标识别分类检测模型中,通过调整网络结构参数进行迭代训练。结果经过测试验证,文中提出的识别方法对装箱后厅门的状态分类识别成功率在99%以上,而且识别速度明显优于传统机器视觉处理算法。结论文中提出的厅门装箱状态快速识别方法,可有效解决工业环境中复杂多变光照因素对传统机器视觉处理算法造成的识别效率低、误判率高等问题,并能满足生产系统节拍要求。     

Domain decomposition methods for parallel solution of shape sensitivity analysis problems

This paper presents the implementation of advanced domain decomposition techniques for parallel solution of large‐scale shape sensitivity analysis problems. The methods presented in this study are based on the FETI method proposed by Farhat and Roux which is a dual domain decomposition implementation. Two variants of the basic FETI method have been implemented in this study: (i) FETI‐1 where the rigid‐body modes of the floating subdomains are computed explicitly. (ii) FETI‐2 where the local problem at each subdomain is solved by the PCG method and the rigid‐body modes are computed explicitly. A two‐level iterative method is proposed particularly tailored to solve re‐analysis type of problems, where the dual domain decomposition method is incorporated in the preconditioning step of a subdomain global PCG implementation. The superiority of this two‐level iterative solver is demonstrated with a number of numerical tests in serial as well as in parallel computing environments. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

高大空间空气处理单元气流组织特性分析

高大空间空气处理单元是一种新型的分散式高大空间空调末端,可有效改善冬季室内温度分层现象。以武汉市某火车站候车厅为例,采用CFD模拟方法对高大空间空气处理单元的不同送风角度和送风口尺寸下的冬季候车厅温度分布进行模拟,并与采用分层空调系统时的温度分布进行对比分析,该末端系统可减小33.3%的垂直温度差,进而减小21.3%的热负荷。本研究结果将为高大空间空气处理单元的实际应用提供一定的指导与参考。     

动态有限元模型修正中灵敏度分析的迭代LANCZOS方法

本文提出了特征向量导数计算的选代Ｌａｎｃｚｏｓ方法，与截断Ｌａｎｃｚｏｓ方法相比，大大提高了灵敏度分析的效率。文中给出了ＦＯＲＫ和３Ｄ—ＦＲＡＭＥ两种结构为实例的计算机仿真，证明本方法不仅能充分保证精度，而且提高了计算速度。     

部分预应力混凝土框架结构的非线性分析

本文直接从混凝土和钢筋的应力与应变关系,推导了预应力混凝土截面弯矩-轴力-曲率(M-N-Φ)关系的计算方法,并实现了框架梁与柱截面M-N-Φ关系计算方法的统一;提出了变刚度单元的位移模式与刚度矩阵,实现了部分预应力凝凝土框架结构的非线性分析。按本文建立的非线性分析方法所得的计算结果,与二榀部分预应力混凝土框架结构的试验结果吻合较好。     

Structural optimization based on preconditioned conjugate gradient analysis methods

An efficient method for structural optimization is presented. Instead of classical direct decomposition methods, Preconditioned Conjugate Gradient (PCG) methods, in conjunction with two proposed starting-vector generation schemes, are used to solve the systems of linear equations associated with the finite element analysis and behaviour sensitivity analysis problems. These inherently iterative analysis procedures are then used to carry out the analyses needed at the beginning of each stage in an approximation concepts approach to structural optimization. This technique has been implemented in a research program and used to solve a collection of minimum weight truss sizing design problems subject to static deflection and stress constraints. The effectiveness of the PCG methods of analysis in structural optimization is demonstrated. Comparison among different preconditioners is made. The effect of the proposed starting-vector generation schemes is shown. The comparative merits of analytical sensitivity analysis and finite difference sensitivity analysis, when using PCG methods of analysis, are assessed. The parallel computation potential of PCG methods is discussed. Because of the iterative nature of PCG analysis methods and the prospects they offer for parallel computation, it is found that PCG analysis methods show promise in the context of structural optimization.     

计算结构可靠度指标的修正迭代算法

针对一次二阶矩法可靠度指标分析中验算点的计算问题,提出一种新的修正迭代算法。基于对文献已有迭代算法无法收敛原因的认识和讨论,提出一个迭代迂回振荡的判据,并在检测到迭代迂回振荡后,在经典的HL-RF迭代算法的基础上采用插值技术引入验算点的校正解。数值算例表明:该修正迭代算法一定程度上克服了迭代过程迂回振荡的问题,与经典的HL-RF算法以及文献已有算法相比,在迭代的收敛性和稳定性方面具有优势。