發(fā)布時間：2020-04-07 03:13

【摘要】：隨著科學技術與生產(chǎn)力水平的提高,殼結構越來越廣泛地被應用于工業(yè)與建筑領域。區(qū)別于已經(jīng)建立了完善的力學分析與設計理論的平面結構或?qū)嶓w結構,殼結構的分析與設計方法目前正處于快速發(fā)展的階段。將連續(xù)體結構的拓撲優(yōu)化方法應用于殼結構的概念設計,能在一定程度上為設計人員提供參考。本文的研究目的在于將連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化方法中常用的水平集方法拓展應用于面向建筑形態(tài)創(chuàng)新設計的殼結構的優(yōu)化設計之中,并對其應用于建筑工程實際時可能面臨的一些問題給出解決方案。首先,本文在水平集拓撲優(yōu)化方法的框架之下,采用徑向基函數(shù)對殼結構設計域空間里的水平集函數(shù)進行參數(shù)化處理,并說明了該方法的水平集演化模式。在有限元分析部分,選擇DKQ板單元和具有旋轉(zhuǎn)自由度的膜單元組裝平板殼單元,并推導了平板殼單元的剛度矩陣。通過數(shù)值算例可以證明該方法在殼結構概念設計過程中的指導作用。其次,考慮到殼結構的拓撲優(yōu)化結果在建筑工程中的可制造性及美學要求,在上述殼結構拓撲優(yōu)化方法的框架之下,將模式重復這一制造約束引入拓撲優(yōu)化模型。憑借該方法中徑向基函數(shù)的基點位置與有限元網(wǎng)格的獨立性,可以實現(xiàn)殼結構中不同形狀的子區(qū)域間的拓撲模式重復。最后,啟發(fā)于早期的物理實驗找形方法,考慮到殼結構初始形態(tài)對最終拓撲結果的力學與美學意義上的影響,本文提出一種借助有限元計算的簡化生形方法,可以對殼結構的形式進行多樣化設計,在一定程度上為設計人員提供參考。
【圖文】：

a)橢球面殼 b)圓柱面殼 c)雙曲拋物面鞍形殼圖 1-1 殼的分類示例在結構分析時，通常根據(jù)殼結構的厚度和最小曲率半徑的比值，將其分為薄殼、中厚度殼與厚殼。實際工程中的殼結構的力學分析十分復雜，為了簡化計算，常用做法是

圖 1-2 充氣膜鋼筋混凝土殼結構層用于建筑設計時，更多采用的是幾何自由、無法被數(shù)于笛卡爾坐標系的自由曲面殼。得益于近年來 NURB設計的計算機工具的出現(xiàn)與快速發(fā)展，設計師們從可
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU399

【參考文獻】

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本文編號：2617371