基于机构特性的结构形态创构方法研究

发布时间：2023-04-25 00:00

　　建筑与结构密切地联系在一起形成供人类活动的人造空间,两者相对独立,同时又相互制约、相互影响。在复杂的大跨空间结构设计中,结构的力学性能决定整个设计的成败,故选择合理的结构形态至关重要。结构的力学性能合理性主要体现在荷载传递方式,工程师希望结构主要以轴力或薄膜力的方式传递荷载。本文根据机构在荷载作用下自行演变至势能最低而且其内力仅为轴力或薄膜力的特点,通过结构与机构相互转换,采用一系列形状控制措施,建立了寻求合理结构的结构形态创构方法。该方法可以最大限度地抑制弯矩,创构出以轴力或薄膜力为主要方式传递荷载的高效结构。这对建筑与结构方案的确定有着重要理论意义和工程应用价值。本文具体研究内容如下:1.根据机构在形状变化过程中的几何特性,建立了描述机构运动的移形方程并利用广义逆矩阵原理确定了机构的可动方向;基于B样条曲线/曲面的性质描述了结构形状,实现了光滑的网状与曲面结构几何形状的表达。2.对机构形状控制策略展开研究,分析了影响机构形状的因素,探讨了杆系机构中杆件和杆件组长度的约束效应,并将其拓展到索长度和膜面积的控制。探讨机构特性的基础上,研究了机构演变过程中的势能的变化规律以及稳定状态下的...

【文章页数】：140 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 结构整体性能的最优性
    1.3 结构形态与结构形态创构
    1.4 机构与其在结构形态创构中的应用
    1.5 结构形态创构的研究现状
    1.6 本文的主要研究内容
第2章 结构形状的表达与机构的移形方程
    2.1 B样条函数
        2.1.1 B样条曲线及性质
        2.1.2 B样条曲面及性质
    2.2 结构形状表达
        2.2.1 杆系结构形状的表达
        2.2.2 网状结构形状的表达
        2.2.3 曲面结构形状的表达
    2.3 机构势能敏感度
        2.3.1 杆系机构势能敏感度
        2.3.2 网状机构势能敏感度
        2.3.3 膜机构的势能敏感度
    2.4 机构的移形方程与解
    2.5 本章小结
第3章 机构的特性与形状控制措施
    3.1 机构类型及其几何特点
        3.1.1 机构类型
        3.1.2 机构的形状变化过程
    3.2 机构的稳定状态及其应用
        3.2.1 机构的稳定状态
        3.2.2 机构稳定状态的应用
    3.3 机构的形状控制
        3.3.1 单元几何约束
        3.3.2 单元组的设置
        3.3.3 临时单元与临时力
    3.4 本章小结
第4章 基于机构特性的结构形态创构方法
    4.1 基于机构特性的结构形态创构问题
    4.2 机构状态变化过程与结构形态创构方法的建立
        4.2.1 分组方式的引入与相应移形方程的建立
        4.2.2 形态创构方法的建立
    4.3 方法的实施流程
    4.4 本章小结
第5章 方法在不同体系结构形态创构中的应用
    5.1 在杆系结构形态创构中的应用
        5.1.1 杆系机构的形状控制
        5.1.2 在杆系结构中的应用及特点
    5.2 在网状结构形态创构中的应用
        5.2.1 网状机构的形状控制
        5.2.2 在网状结构中的应用及特点
    5.3 在曲面结构形态创构中的应用
        5.3.1 膜机构的形状控制
        5.3.2 在曲面结构中的应用及特点
    5.4 本章小结
第6章 工程模拟设计
    6.1 杆系结构工程模拟设计
        6.1.1 单层网壳结构
        6.1.2 自由曲面类型网格结构
        6.1.3 树状支撑网格结构
    6.2 索网状结构工程模拟设计
        6.2.1 首尔剧院的模拟
        6.2.2 桥梁形式的结构
    6.3 曲面结构工程模拟设计
        6.3.1 极小曲面结构
        6.3.2 受压曲面结构
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历



本文编号：3800289