工程結(jié)構(gòu)承受的荷載經(jīng)常受到很多不確定性因素影響,如施工誤差、測量誤差以及溫度變化等環(huán)境因素的影響。在這些環(huán)境因素的影響下,很難保證荷載確定不變。承受不確定荷載作用的結(jié)構(gòu)上按照確定性荷載設(shè)計的可靠性以及安全性會有所降低。因此研究不確定荷載下結(jié)構(gòu)設(shè)計和拓?fù)鋬?yōu)化方法對于提高結(jié)構(gòu)可靠性與安全性具有重要意義。通�？梢圆捎没诟怕实姆椒ê突诜歉怕实姆椒ㄑ芯坎淮_定荷載下的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法。對于缺乏不確定性參數(shù)概率信息的問題適用于非概率方法。本文采用基于非概率的方法。本文首先用解析方法分析了確定荷載下以及不確定荷載下的二桿結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。當(dāng)荷載不確定時,荷載方向可以任意變化也可以在區(qū)間范圍內(nèi)變化;分別研究了體積約束柔度最小結(jié)構(gòu)和應(yīng)力約束重量最小結(jié)構(gòu)。分析了類桁架連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。將不確定荷載基于凸集模型分解為平均值和誤差兩部分,其中平均值是確定的,誤差是可變的;結(jié)構(gòu)響應(yīng)也由這兩部分荷載產(chǎn)生。在類桁架材料模型下,用特征值方法求出最不利荷載,然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化。最終得出不確定荷載下的拓?fù)鋬?yōu)化類桁架結(jié)構(gòu)。研究表明:在不確定荷載下,二桿結(jié)構(gòu)和類桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化布局會有較大變化。因此在實際工程結(jié)構(gòu)中,考慮荷... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

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2受力狀態(tài)的疊加，處于軸向拉壓狀態(tài)的構(gòu)件并不多。而這種軸向拉壓受力狀態(tài)卻是結(jié)構(gòu)設(shè)計中最為理想的一種受力狀態(tài)。但是在工程實際中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件更多時候以受彎為主。在這種情況下，構(gòu)件的承載能力不如拉壓構(gòu)件強(qiáng)。因此，結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的就是找到構(gòu)件的合理傳力路徑和受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)減少受彎狀態(tài)，充分發(fā)揮建筑材料的性能。圖1.2為我國歷史悠久的趙州橋，與一些學(xué)者采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法[1]得到的上承式拱橋非常接近。從文獻(xiàn)可以看出，優(yōu)化結(jié)構(gòu)由橋面、支桿和主拱構(gòu)成。橋面荷載傳遞給支桿，然后由支桿傳給主拱。這樣的傳力路徑使大多數(shù)的材料處于受壓狀態(tài)，很好的發(fā)揮了材料的性能。結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論被提出以后，經(jīng)過眾多學(xué)者一個多世紀(jì)長期不斷的研究，取得了大量有重要價值的成果。結(jié)構(gòu)優(yōu)化一般分為：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化和拓?fù)鋬?yōu)化[2]。在結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化過程中，在結(jié)構(gòu)幾何形狀和拓?fù)浔３植蛔兊那闆r下優(yōu)化結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸。這也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法應(yīng)用最為廣泛的一種方式，主要解決桿的橫截面面積以及板的厚度等問題。結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化是優(yōu)化結(jié)構(gòu)的外形的形狀和尺寸。對于桁架結(jié)構(gòu)就是桁架的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置，對于連續(xù)體，一般采用有限元分析方法，也是優(yōu)化有限單元在連續(xù)體邊界上的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。而結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化則與前面兩個問題截然不同。它是在指定的設(shè)計域內(nèi)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的拓?fù)�。對于桁架和剛架結(jié)構(gòu)就是結(jié)點(diǎn)之間是否連接桿件；對于連續(xù)體就是內(nèi)部什么位置以及存在多少空洞。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域最為重要、優(yōu)化潛力更大，同時也是最有困難的優(yōu)化方式。通過對結(jié)構(gòu)拓?fù)溥M(jìn)行優(yōu)化，可以得出可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，目前在國內(nèi)外已經(jīng)應(yīng)用眾多工程領(lǐng)域。Bendsoe和Kikuchi[3]圖1.2趙州橋

件、柔度約束條件、應(yīng)力約束和局部屈曲約束等條件下解決方法。研究了橫截面面積等于零的的應(yīng)力函數(shù)以及柔度函數(shù)。指出了應(yīng)力函數(shù)在應(yīng)力等于零的桿件處不連續(xù)。但是結(jié)構(gòu)的位移和柔度約束是連續(xù)的，這就產(chǎn)生了奇異性。為了克服奇異現(xiàn)象的出現(xiàn)，我國學(xué)者程耿東和郭旭[17]變換了約束條件，把原先的應(yīng)力約束條件改為以桿件的內(nèi)力作為約束條件。而且將變換后的內(nèi)力約束進(jìn)行一定的放松，這對可行域有所放大，這樣就避免了奇異性的出現(xiàn)。這樣就可以利用尺寸優(yōu)化的方法來求解結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題。此外，由于刪除的桿件不能恢復(fù)，這圖1.4基結(jié)構(gòu)法

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3481518