發(fā)布時(shí)間：2018-01-07 03:33

  本文關(guān)鍵詞：自由曲面形態(tài)創(chuàng)構(gòu)與網(wǎng)格劃分技術(shù)研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以其自重輕、剛度大、造型豐富等特點(diǎn),在大跨度空間結(jié)構(gòu)中有較為廣泛的應(yīng)用。目前對單層網(wǎng)殼的造型研究已經(jīng)比較成熟,解析曲面與自由曲面的設(shè)計(jì)方法多種多樣,可以創(chuàng)構(gòu)各種形式的曲面網(wǎng)格。但對網(wǎng)格內(nèi)部的再次造型技術(shù)研究較少。本文針對單層網(wǎng)殼網(wǎng)格內(nèi)部的再次造型,以單層網(wǎng)殼為結(jié)構(gòu)主框架,基于Loop細(xì)分方法在網(wǎng)格內(nèi)部創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu),并根據(jù)應(yīng)變能敏感度方法對其進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化,改善通過幾何關(guān)系形成的次級結(jié)構(gòu)力學(xué)性能。將優(yōu)化后的次級結(jié)構(gòu)與主框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝,最終形成具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。其創(chuàng)構(gòu)方法主要包括以下內(nèi)容:1.主框架結(jié)構(gòu)的選取主框架結(jié)構(gòu)的選取是本方法的基礎(chǔ)。荷載直接作用于次級結(jié)構(gòu),通過次級桿件傳遞給主框架結(jié)構(gòu),再傳遞至地面,主框架結(jié)構(gòu)的力學(xué)合理性尤為重要;并且,主框架結(jié)構(gòu)作為建筑的主要支撐體系,對建筑整體造型起到?jīng)Q定性作用,主框架結(jié)構(gòu)的美觀性同樣是結(jié)構(gòu)選取的一個(gè)重要因素。本文中以擬機(jī)構(gòu)方法與遺傳算法優(yōu)化得到的單層網(wǎng)殼作為結(jié)構(gòu)主框架,對方法進(jìn)行說明;2.次級結(jié)構(gòu)的創(chuàng)構(gòu)本文將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的Loop細(xì)分方法引用到次級結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的構(gòu)建中,通過對網(wǎng)格進(jìn)行選取中心控制點(diǎn)、網(wǎng)格粗分、網(wǎng)格細(xì)分等一系列操作,構(gòu)建出次級結(jié)構(gòu)初始模型。由于Loop細(xì)分網(wǎng)格基于幾何方法生成,需要對其力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化,本文中選取結(jié)構(gòu)應(yīng)變能作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)Z坐標(biāo),使結(jié)構(gòu)應(yīng)變能降至最低。從而形成兼具美觀性與受力合理性的次級網(wǎng)格結(jié)構(gòu);3.主次結(jié)構(gòu)一體化方法根據(jù)主框架網(wǎng)格劃分情況,對其網(wǎng)格內(nèi)部進(jìn)行再次造型,創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)。主次結(jié)構(gòu)根據(jù)荷載換算關(guān)系聯(lián)系到一起,在對主結(jié)構(gòu)的每個(gè)網(wǎng)格創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)之后,將主次結(jié)構(gòu)進(jìn)行拼裝,形成具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。在次級結(jié)構(gòu)創(chuàng)構(gòu)的過程中,對結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)變能變化進(jìn)行分析,論證方法的合理性。利用本文方法建立的具有主次結(jié)構(gòu)關(guān)系的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)受力合理、形式新穎、造型美觀、具有很強(qiáng)的視覺沖擊力。由于創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)是對主框架結(jié)構(gòu)網(wǎng)格單元進(jìn)行獨(dú)立的操作,網(wǎng)格的形狀、大小、分布特征均不受限制,方法的適應(yīng)性很強(qiáng),應(yīng)用范圍較廣,對于合理的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)均可對其創(chuàng)構(gòu)次級結(jié)構(gòu)。同時(shí),在創(chuàng)構(gòu)多個(gè)算例過程中,整體結(jié)構(gòu)應(yīng)變能變化趨勢相同,方法計(jì)算性能穩(wěn)定,可靠度高。相信本方法將對單層網(wǎng)殼的造型研究開辟一個(gè)全新的方向。
[Abstract]:Single layer latticed shell structure has been widely used in large span space structure because of its light weight, large stiffness and rich shape. At present, the research on the modeling of single layer latticed shell has been more mature. The design methods of analytic surface and free surface are various, which can create various forms of surface mesh. However, there are few researches on the re-modeling technology of mesh interior. This paper focuses on the re-modeling of single-layer reticulated shell mesh. The single-layer reticulated shell is used as the main frame, and the secondary structure is constructed in the grid based on Loop subdivision method, and the nodes are optimized according to the strain energy sensitivity method. To improve the mechanical properties of secondary structure formed by geometric relationship, the optimized secondary structure and the main frame structure are assembled. Finally, the single-layer latticed shell structure with primary and secondary structure relationship is formed. 1. The selection of the main frame structure is the basis of this method. The load acts directly on the secondary structure. The mechanical rationality of the main frame structure is especially important when the secondary member is transferred to the main frame structure and then transferred to the ground. Moreover, the main frame structure, as the main supporting system of the building, plays a decisive role in the overall modeling of the building. The aesthetics of the main frame structure is also an important factor in the selection of the structure. In this paper, the single-layer latticed shell optimized by the quasi-mechanism method and the genetic algorithm is used as the main frame of the structure, and the method is explained. 2. In this paper, the Loop subdivision method in computer graphics is introduced to the construction of the secondary structure grid. By selecting the center control point of the grid, the mesh is roughly divided. A series of operations, such as mesh subdivision, are used to construct the initial model of secondary structure. Because Loop subdivision mesh is generated by geometric method, its mechanical performance needs to be optimized. In this paper, the strain energy of the structure is chosen as the optimization objective function. By adjusting the Z coordinate of the node, the strain energy of the structure is reduced to the lowest. 3. The integration method of the primary and secondary structure is based on the grid division of the main frame, and the meshes are modeled again to create the secondary structure. The primary and secondary structures are linked together according to the load conversion relationship. After creating the secondary structure of each mesh of the main structure, the primary and secondary structure is assembled to form a single-layer latticed shell structure with the relationship of the primary and secondary structure. The variation of strain energy of the whole structure is analyzed and the rationality of the method is demonstrated. The single-layer latticed shell structure with primary and secondary structure relationship established in this paper has the advantages of reasonable force, novel form and beautiful shape. Because the secondary structure is an independent operation of the grid element of the main frame structure, the shape, size and distribution of the mesh are not restricted, so the method is very adaptable. For reasonable reticulated shell structure, the secondary structure can be constructed. At the same time, the strain energy change trend of the whole structure is the same, and the calculation performance of the method is stable. The reliability is high. It is believed that this method will open a new direction for the modeling research of single-layer latticed shells.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

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本文編號：1390821