【摘要】： 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為一種大型空間結(jié)構(gòu),由于其具有造型美觀多樣、受力合理、用料經(jīng)濟(jì)、且覆蓋空間較大等優(yōu)點(diǎn),近年來被廣泛應(yīng)用于具有地標(biāo)性的大型建筑結(jié)構(gòu)中。然而大量實(shí)踐證明,傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)僅能保證結(jié)構(gòu)的安全性、正常使用性和耐久性等,而材料的力學(xué)性能并不能得到充分發(fā)揮,為了更合理的利用材料的性能,使結(jié)構(gòu)內(nèi)部各構(gòu)件得到更好的協(xié)調(diào),需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 本課題在研究目前結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論和各種優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,深入研究了序列兩級(jí)算法和遺傳算法的基本理論、算法改進(jìn)和程序?qū)崿F(xiàn),在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的截面優(yōu)化及雙層柱面網(wǎng)殼的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。 論文研究的主要內(nèi)容有： (1)本文采用序列兩級(jí)算法,對(duì)五種典型單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了桿件的截面優(yōu)化設(shè)計(jì)。將優(yōu)化模型的約束條件分為局部約束和整體約束兩大類,采用一維搜索法處理局部約束、采用相對(duì)差商法處理整體約束。文中詳細(xì)分析了五種典型單層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的跨度、矢跨比的變化對(duì)結(jié)構(gòu)總重量的影響,得出了工程中常用的六種跨度和六種矢跨比下,最為經(jīng)濟(jì)的柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式。 (2)本文對(duì)基本遺傳算法進(jìn)行了研究,在此基礎(chǔ)上對(duì)編碼方式采用整數(shù)編碼、對(duì)雜交和變異操作分別采用混合雜交和鄰近變異方法,并采用上述改進(jìn)的遺傳算法對(duì)正放四角錐雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)。分析了在50m跨度下正放四角錐雙層柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)總重量隨長(zhǎng)跨比、矢跨比、厚度的變化規(guī)律,得出了在一定網(wǎng)格劃分份數(shù)下,結(jié)構(gòu)總重量最輕的矢跨比和厚度。 (3)本文采用大型有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析、采用APDL語言對(duì)柱面網(wǎng)殼進(jìn)行了參數(shù)化建模；在MATLAB環(huán)境下編制優(yōu)化程序,通過文件的寫入和寫出實(shí)現(xiàn)了MATLAB和ANSYS的數(shù)據(jù)傳遞,即實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)程中結(jié)構(gòu)受力分析的自動(dòng)調(diào)用。
[Abstract]:As a large space structure, reticulated shell structure has been widely used in large buildings with landmarks in recent years because of its advantages such as beautiful appearance, reasonable force, economical material use and large covering space. However, a large number of practices have proved that the traditional design can only guarantee the safety, normal use and durability of the structure, and the mechanical properties of the materials can not be fully developed. In order to make more reasonable use of the properties of the materials, It is necessary to optimize the design of the structure for better coordination of the components within the structure. On the basis of studying the theory of structure optimization and various optimization algorithms, the basic theory of sequence two-level algorithm and genetic algorithm, the improvement of algorithm and the realization of program are studied in this paper. On this basis, the section optimization of single-layer cylindrical reticulated shell and the topology optimization design of double-layer cylindrical reticulated shell are realized. The main contents of this paper are as follows: (1) in this paper, five typical single-layer cylindrical latticed shell structures are designed by using sequential two-level algorithm. The constraints of the optimization model are divided into local constraints and global constraints. The one-dimensional search method is used to deal with local constraints and the relative difference quotient method is used to deal with global constraints. In this paper, the influence of the span of five typical single-layer cylindrical latticed shell structures and the variation of the rise-to-span ratio on the total weight of the structure are analyzed in detail, and the six kinds of span and six kinds of rise-span ratio commonly used in engineering are obtained. The most economical structure of cylindrical reticulated shell. (2) the basic genetic algorithm is studied in this paper. On the basis of this, integer coding is adopted for coding mode, hybrid method and neighborhood mutation method are used for hybrid and mutation operation, respectively. Using the improved genetic algorithm, the topology optimization design of the two-layer cylindrical reticulated shell with quadrangular cones is carried out. In this paper, the variation of the total weight with the ratio of length to span, the ratio of vector to span and the thickness of the cylindrical reticulated shell structure with quadrangular cones and double layers at 50 m span is analyzed, and the results show that the total weight of the reticulated shell is divided by a certain number of meshes. (3) A large-scale finite element analysis software ANSYS is used to analyze the internal force of cylindrical latticed shell, and APDL language is used to model the cylindrical latticed shell. The optimization program is compiled under the environment of MATLAB, and the data transfer between MATLAB and ANSYS is realized through the writing and writing of files, that is, the automatic transfer of structural force analysis in the process of structural optimization.
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TU399

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本文編號(hào)：2186451