国家自然科学基金(50978075)
- 作品数：9 被引量：49H指数：6
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- 自由曲面单层网壳结构形态创构方法研究被引量：12
- 2013年
- 根据应变能与节点坐标之间的关系,建立了创构自由曲面网壳结构形态的方法。该方法利用应变能的性质通过节点坐标的移动,逐步减少结构应变能,最终得到结构应变能最小的合理结构形态。所得到的结构不仅具有形状自由、灵活的特点,而且具有足够的刚度和极限承载力,同时与常规单层网壳结构相比很少受初始节点偏差的影响。最终的结构形状,与初始形状、空间条件等密切相关,在方案设计阶段利用该方法可以得出与不同初始条件相应的多种合理形状,也可以对建筑师所确定的形状进行修正,提高力学性能的合理性。
- 崔昌禹王有宝姜宝石崔国勇
- 关键词：网壳结构结构优化
- 曲线变换型自由曲面结构的形态创建被引量：8
- 2012年
- 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。
- 武岳李欣曹正罡
- 关键词：B样条函数
- 自由曲面结构形态创建的NURBS-GM方法被引量：15
- 2011年
- 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。
- 李欣武岳崔昌禹
- 关键词：非均匀有理B样条自由曲面
- Node shift method for stiffness-based optimization of single-layer reticulated shells
- 2014年
- 研究目的:寻找单层网壳结构的最优节点分布,提高结构刚度,改善结构整体力学性能。创新要点:解决了单层网壳结构节点最优分布问题,实现了三种单层网壳节点位置优化的方式:自由调整,只竖向调整和在指定曲面上的调整。三种方式都可以提高结构刚度,改善结构力学性能。研究方法:根据结构应变能对节点坐标变化的敏感度,对节点坐标进行调整,修正已有的单层网壳结构,并创构自由曲面结构(图15)。重要结论:本文的节点移动敏感度方法在优化单层网壳结构时,不仅可以提高结构极限承载力,而且可以降低结构对初始几何缺陷的敏感度程度。
- Chang-yu CUIBao-shi JIANGYou-bao WANG
- 关键词：静力稳定性
- 自由曲面混凝土结构力学特性被引量：2
- 2015年
- 为了研究自由曲面混凝土结构的力学性能,合理选取混凝土材料本构方程,利用有限元分析软件ABAQUS,建立自由曲面混凝土结构的有限元分析模型,通过与相关试验的对比验证有限元模型的正确性.研究典型自由曲面结构的内力分布特性、荷载-位移曲线与破坏模式、初始缺陷.结果表明:薄膜第一主应力在负高斯曲率区受拉较大,正高斯曲率区受拉较小;薄膜第二主应力在正高斯曲率区受压较大,负高斯曲率区受压较小;上、下表面第一主应力分布模式类似;结构在正、负高斯曲率过渡区的弯曲内力与薄膜内力比值较大,其他位置很小;荷载-位移曲线没有下降段,结构破坏模式为强度破坏;结构对初始缺陷的影响很小.对2个实际工程进行力学分析,验证了所归纳力学特性的正确性.
- 崔国勇崔昌禹涂桂刚
- 关键词：壳体结构ABAQUS自由曲面
- 基于敏感度的杆系结构形态创构方法被引量：6
- 2013年
- 针对杆系结构,利用单元、节点坐标参数与结构应变能的关系,提出能够兼顾拓扑与形状的杆系结构形态创构方法。该方法基于有限元平衡方程,分别计算节点自由移动、约束移动、单元增加和单元消除等四种应变能敏感度,并利用这些敏感度与应变能变化关系生成或修正结构的拓扑形状,调整节点位置,最终得到应变能最小的合理结构形态。支座条件、空间条件等设计参数对最终结构形态的影响较大,利用该方法的此特点,可以调整设计参数得到多种合理的结构几何形状,在方案设计阶段可供设计人员参考。算例表明,该方法所得到的结构以轴力的形式传递荷载,而且能够保证刚度要求。
- 崔昌禹姜宝石崔国勇
- 关键词：拓扑优化
- 多功能结构拓扑形态优化数值方法被引量：3
- 2012年
- 对建筑结构设计的多功能要求,以平面问题为研究对象,对改进进化论方法进行了功能上的改进,增强了方法对复杂空间条件的适应性,提高了计算效率和所生成结构体的质量。针对建筑对空间的限制,将方法的允许空间拓展为自由边界允许空间,并引进临时允许空间的概念;针对结构功能需求,研究了能够适应支座改变、荷载组合等多工况情况的合理结构形态创构方法;考虑到材料的受力特性,研究了相应(如指定构件纯受压或纯受拉)的结构拓扑形态优化方法。文中还通过算例分析了方法的特点,探讨了方法所得到结构形态的一些力学特性。该方法所得结构为以均匀拉压应力形式来抵抗荷载,其形式可为结构概念设计提供参考。
- 姜宝石崔昌禹崔国勇
- 关键词：拓扑优化
- 基于B样条的自由曲面结构形态创构方法研究被引量：7
- 2017年
- 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。
- 崔昌禹崔国勇涂桂刚迟晓彤
- 关键词：自由曲面B样条函数结构优化
- 自由曲面混凝土壳体结构静力试验研究被引量：8
- 2014年
- 自由曲面结构不仅要具备良好的建筑表现力也要保证其受力合理性。利用自由曲面结构形态创建的非均匀有理B样条-梯度法(NURBS-GM)得到典型的凹凸自由曲面作为研究对象,制作混凝土壳体模型结构并进行静力试验研究。结果表明:弯曲应力在正负高斯曲率过渡区与支座附近较大,但整个结构主要仍以薄膜应力的形式抵抗荷载,随着荷载的增加薄膜应力分布有所变化,特别是正负高斯曲率过渡区变化较显著。上表面裂缝在正负高斯曲率过渡区出现并向支座附近发展,下表面则基本是加载点附近裂缝的连线并延伸至支座附近。整个加载过程中,裂缝出现较晚,但数量较多,最终在加载点附近发生局部强度破坏。荷载-位移曲线在弹性阶段斜率较大,并有较长的塑性发展段。采用ABAQUS有限元分析软件对试验模型进行有限元模拟并与实测数据进行对比,二者吻合较好。
- 崔昌禹崔国勇姜宝石
- 关键词：壳体结构自由曲面静力试验
