本文選題：自由曲面 + 形態(tài)創(chuàng)構(gòu)　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：建筑逐步向大跨、高層方向發(fā)展,同時人們追求的建筑已不僅僅是功能空間,更是具有良好視覺效果的自由、靈活,多樣的功能與精神感受、美的享受有機(jī)統(tǒng)一的人性化的空間。合理且具有良好視覺效果的建筑實踐,需要科技的支撐,意味著結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能在構(gòu)思建筑方案中的重要性,結(jié)構(gòu)形態(tài)的合理性占越來越重要的的地位。現(xiàn)代建筑的實踐需要建筑與結(jié)構(gòu)的深層次理解,需要重新認(rèn)識結(jié)構(gòu)形態(tài)的內(nèi)涵,現(xiàn)代建筑構(gòu)思中結(jié)構(gòu)不再是單純的承重骨架,而是構(gòu)思新型建筑的一種工具。合理且良好建筑效果的結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法的建立,不僅是每個結(jié)構(gòu)工程師所關(guān)心的問題,而且也是建筑師實現(xiàn)自己建筑理念和意圖中必須解決的重要問題。本文以應(yīng)變能最小化作為結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)問題的設(shè)計目標(biāo),利用B樣條曲面的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)應(yīng)變能敏感度的特性提出了高效、實用的自由曲面形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法。為解決非線性和更一般意義的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)問題,本文還提出了敏感度差分算法的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法。以所提方法得到的結(jié)果為對象進(jìn)行了試驗研究,提出了利用有限元法模擬試驗的方法,并考察了進(jìn)化過程中的自由曲面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,總結(jié)了自由曲面結(jié)構(gòu)的特點。本文主要開展以下幾方面的工作:1.任意邊界的自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)初始模型研究在實際工程中,建筑邊界條件復(fù)雜多樣,為很好適應(yīng)實際工程,拓展了B樣條曲線函數(shù)的功能,研究了可生成多種復(fù)雜建筑邊界條件的方法。常用的B樣條曲線函數(shù)只能形成一條固定階次的自由曲線,不能簡單利用。本文研究了可以生成多條、多種階次封閉曲線的B樣條曲線函數(shù)。外部邊界節(jié)點按順時針方向、內(nèi)部邊界節(jié)點按逆時針方向排列識別內(nèi)外邊界。邊界內(nèi)部為設(shè)計域,并利用Delaunay三角剖分技術(shù)對平面設(shè)計域進(jìn)行了三角劃分。引入包含設(shè)計域的矩形參考平面,根據(jù)建筑形狀要求與節(jié)點移動的操作需求,形成關(guān)鍵點網(wǎng)格,利用B樣條曲面函數(shù)生成曲面。最后把設(shè)計域平面上的所有節(jié)點投影到B樣條曲面上,同時記錄支座條件信息,獲得滿足任意邊界條件的自由曲面初始結(jié)構(gòu)。2.基于B樣條函數(shù)的自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法自由曲面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,與曲面形狀密切相關(guān),而應(yīng)變能是衡量結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的綜合性指標(biāo)之一。根據(jù)B樣條曲面關(guān)鍵點坐標(biāo)的變化與自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)應(yīng)變能的關(guān)系,建立一種高效的自由曲面薄殼形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法。該方法是考慮計算效率、曲面的連續(xù)性與自由曲面的凹凸特性,以初始結(jié)構(gòu)形成過程中的有限個網(wǎng)格點作為關(guān)鍵點并把其作為設(shè)計變量,分析有限個關(guān)鍵點與曲面上的所有有限元三角劃分節(jié)點的關(guān)系,推導(dǎo)了應(yīng)變能對此關(guān)鍵點的敏感度,通過迭代逐步調(diào)整關(guān)鍵點,最終生成合理且光滑的自由曲面結(jié)構(gòu)。通過算例考察了進(jìn)化過程中的形狀與力學(xué)性能的變化特點與最終結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能,總結(jié)了方法的特點。該方法具有較高的計算效率且生成的曲面光滑連續(xù),可以創(chuàng)構(gòu)出滿足建筑要求且力學(xué)合理的各種自由曲面結(jié)構(gòu),可在方案設(shè)計階段提供參考。3.基于敏感度差分算法的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法通過敏感度差分算法,將形態(tài)創(chuàng)構(gòu)思想與有限元軟件的強(qiáng)大計算能力結(jié)合起來,提出了基于敏感度差分算法的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法,并以有限元軟件ansys為例,驗證了該方法的正確性。雖然此方法計算效率較低,結(jié)構(gòu)的初始形狀確定較繁瑣且不光滑,但可以解決在實際工程中所要求的復(fù)雜的非線性問題。此方法不僅可以解決應(yīng)變能最小化的結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)問題,也可以以其它目標(biāo)量作為目標(biāo)函數(shù)創(chuàng)構(gòu)出滿足建筑要求的結(jié)構(gòu)形態(tài),應(yīng)用范圍較廣,特別是在方案探討階段有著良好的參考價值。并通過算例驗證了此方法的可行性。4.自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)試驗和有限元模擬研究自由曲面試驗由于制作復(fù)雜且加載困難,一直被認(rèn)為是研究自由曲面力學(xué)性能的難點,目前很少見到此方面的研究。基于b樣條理論的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法是基于彈性小變形理論,為了研究結(jié)構(gòu)在非線性情況下的力學(xué)性能和為進(jìn)一步研究自由曲面特有的力學(xué)性能提供依據(jù),本文以所提方法得到的結(jié)果作為對象進(jìn)行了試驗研究。試驗考察了裂縫開展特性、應(yīng)力分布特性和極限承載力。并研究了能夠代替繁瑣試驗的基于有限元的試驗?zāi)M方法,通過試驗數(shù)據(jù)的對比驗證了該方法的可靠性與實用性。這些試驗結(jié)果和試驗?zāi)M研究對自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的進(jìn)一步認(rèn)識和自由曲面結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用與理論發(fā)展方面有參考價值。5.研究并總結(jié)所得自由曲面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能自由曲面結(jié)構(gòu)作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式,研究較少。本文通過大量算例,理論與試驗相結(jié)合的方法,考察了進(jìn)化過程中的結(jié)構(gòu)形狀變化與力學(xué)性能變化的特性,總結(jié)了合理自由曲面結(jié)構(gòu)的受力特點。進(jìn)化過程中,隨著結(jié)構(gòu)應(yīng)變能的降低,結(jié)構(gòu)的平均位移和最大位移均有不同程度的降低,彎矩比軸力下降的更為明顯,結(jié)構(gòu)最終演變成以受軸力為主的、應(yīng)力分布均勻的結(jié)構(gòu)形式。優(yōu)化后結(jié)構(gòu)不僅承載力有了提高,而且對缺陷的敏感程度降低。并考察了結(jié)構(gòu)的薄膜應(yīng)力分布、上下表面第一主應(yīng)力的特點、彎曲內(nèi)力與薄膜內(nèi)力比的分布特性等。自由曲面基于b樣條的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法采用fortran語言編程實現(xiàn),研究結(jié)構(gòu)進(jìn)化過程中荷載-位移曲線和對缺陷的影響時,采用有限元軟件ansys來分析并考慮結(jié)構(gòu)的非線性性質(zhì);基于敏感度差分算法的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法則把有限元軟件ansys作為fortran的一個子程序。本文獲得了兩套自由曲面形態(tài)創(chuàng)構(gòu)的程序。
[Abstract]:In order to solve the problem of non - linear and more general structure , this paper presents a new method for constructing the free curved surface . Based on the theory of sensitivity difference , this paper studies the structural form of free curved surface structure by sensitivity difference algorithm , and it can solve the complicated nonlinear problems in the practical engineering .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU33

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 程顯毅;自由曲面純組合表示法[J];江蘇理工大學(xué)學(xué)報;1997年03期

2 張鳳林,虞和濟(jì),虞鋼;空間自由曲面測量技術(shù)的動態(tài)與發(fā)展(一)[J];現(xiàn)代計量測試;1998年05期

3 單巖,金濤,王剛;自由曲面微調(diào)整技術(shù)及其應(yīng)用[J];中國機(jī)械工程;2003年18期

4 鄭鵬,馬陽;自由曲面的曲面信息和特征識別[J];機(jī)械;2005年S1期

5 任玉波;孫惠學(xué);;轎車門外板自由曲面的反求[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2005年12期

6 劉宏;付家武;彭昌永;;重構(gòu)自由曲面的特性評估與修正方法[J];機(jī)床與液壓;2012年20期

7 張鳳林,虞和濟(jì),虞鋼;空間自由曲面測量技術(shù)的動態(tài)與發(fā)展(二)[J];現(xiàn)代計量測試;1998年06期

8 李劍,鞠華,王恒奎,王文,陳子辰;自由曲面測量研究綜述[J];計量技術(shù);2001年01期

9 林潔瓊;王義強(qiáng);;復(fù)雜自由曲面的分片規(guī)劃[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2007年02期

10 徐毅;李建剛;李澤湘;;自由曲面的多級定位方法[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 楊輝;;光學(xué)自由曲面的先進(jìn)制造技術(shù)[A];提高全民科學(xué)素質(zhì)、建設(shè)創(chuàng)新型國家——2006中國科協(xié)年會論文集（下冊）[C];2006年

2 李曉武;雷毅;;平面曲線向自由曲面映射的探討[A];第一屆全國幾何設(shè)計與計算學(xué)術(shù)會議論文集[C];2002年

3 張志輝;;應(yīng)用于照明及成像的自由曲面光學(xué)設(shè)計與制作[A];“廣東省光學(xué)學(xué)會2013年學(xué)術(shù)交流大會”暨“粵港臺光學(xué)界產(chǎn)學(xué)研合作交流大會”會議手冊論文集[C];2013年

4 任av幰;TB明君;杝怡永;灻忠PI;;應(yīng)用在矮路燈上之非對稱自由曲面設(shè)計[A];海峽兩岸第十八屆照明科技與營銷研討會專題報告暨論文集[C];2011年

5 李欣;楊志勇;王雁昆;李黨;;自由曲面空間結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)建的若干關(guān)鍵問題探討[A];計算機(jī)技術(shù)在工程設(shè)計中的應(yīng)用——第十六屆全國工程設(shè)計計算機(jī)應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

6 張斌智;;基于計算全息法的高精度光學(xué)自由曲面反射鏡檢測[A];中國空間科學(xué)學(xué)會2013年空間光學(xué)與機(jī)電技術(shù)研討會會議論文集[C];2013年

7 程灝波;王涌天;;超精密高速確定性拋光自由曲面金屬表面[A];中國光學(xué)學(xué)會2006年學(xué)術(shù)大會論文摘要集[C];2006年

8 倪江楠;高志山;;一種光學(xué)自由曲面檢測的新方法[A];第十三屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會論文（摘要集）[C];2010年

9 林偉青;;自由曲面多傳感器集成測量關(guān)鍵技術(shù)研究[A];福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會——提升福建制造業(yè)競爭力的戰(zhàn)略思考專題學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

10 林偉青;;自由曲面多傳感器集成測量關(guān)鍵技術(shù)研究[A];福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會提升福建制造業(yè)競爭力的戰(zhàn)略思考專題學(xué)術(shù)年會論文集[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前3條

1 王平;創(chuàng)新科技填補國內(nèi)空白 技術(shù)應(yīng)用引領(lǐng)先進(jìn)時代[N];大眾科技報;2009年

2 記者 譚華健;戴上眼鏡便可隨時隨地欣賞電影[N];中山日報;2009年

3 張楠;采用自由曲面技術(shù) 日立A8打造最短距離投影[N];中國計算機(jī)報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 禹靜;自由曲面鏡片評價方法的研究[D];天津大學(xué);2015年

2 周超;主動自由曲面補償光學(xué)系統(tǒng)像差研究[D];中國科學(xué)院研究生院(光電技術(shù)研究所);2016年

3 崔國勇;自由曲面薄殼結(jié)構(gòu)的形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法與試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

4 程穎;光學(xué)自由曲面設(shè)計方法及應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2013年

5 吳仍茂;自由曲面照明設(shè)計方法的研究[D];浙江大學(xué);2013年

6 王超;自由曲面表征函數(shù)及其應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

7 莊振鋒;自由曲面在非成像光學(xué)以及成像光學(xué)中應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2014年

8 林潔瓊;自由曲面分片研拋與軌跡規(guī)劃的研究[D];吉林大學(xué);2005年

9 許斌;基于圖像灰度信息的自由曲面自組織重構(gòu)的研究[D];華中科技大學(xué);2008年

10 王愷;大功率LED封裝與應(yīng)用的自由曲面光學(xué)研究[D];華中科技大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬斯博;面向切削寬度優(yōu)化的自由曲面加工編程技術(shù)[D];南京航空航天大學(xué);2015年

2 劉聰;自由曲面五軸加工刀軌生成與優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

3 關(guān)洋;基于三角形二叉樹模型的自由曲面數(shù)控銑削仿真技術(shù)研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

4 周智強(qiáng);光學(xué)自由曲面設(shè)計數(shù)據(jù)共享及軟件開發(fā)[D];吉林大學(xué);2011年

5 張明yN;基于自由曲面方法的極紫外收集系統(tǒng)設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 張雅琴;基于準(zhǔn)直光束整形的自由曲面設(shè)計方法研究[D];浙江大學(xué);2015年

7 崔京蘭;自由曲面樹狀型支撐結(jié)構(gòu)形態(tài)創(chuàng)構(gòu)方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

8 王雁飛;金剛石車削創(chuàng)成光學(xué)自由曲面幾何形貌評價的研究[D];吉林大學(xué);2011年

9 鐵貴鵬;自由曲面光學(xué)元件慢刀伺服加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 王穎;面向自由曲面自動檢測加工系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2005年

，

本文編號：2091447