本文關(guān)鍵詞：空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的魯棒性理論與試驗(yàn)研究　出處：《浙江大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式,具有跨度大、構(gòu)件多、破壞后果嚴(yán)重的特點(diǎn),但目前設(shè)計(jì)時(shí)較少考慮結(jié)構(gòu)受到意外干擾時(shí)的性能,而近年來人為事故和自然災(zāi)害對(duì)其破壞性愈加突出,結(jié)構(gòu)倒塌事件時(shí)有發(fā)生。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的魯棒性可以降低其對(duì)干擾的敏感性,提高結(jié)構(gòu)抵抗不相稱破壞的能力。目前,結(jié)構(gòu)魯棒性缺乏有效的數(shù)值表達(dá)和可行的設(shè)計(jì)方法,且研究對(duì)象主要為桁架、框架結(jié)構(gòu),在空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)領(lǐng)域較為少見。因此,對(duì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的魯棒性理論進(jìn)行系統(tǒng)研究,具有十分重要的理論意義和工程價(jià)值。 本文從結(jié)構(gòu)魯棒性定量評(píng)價(jià)指標(biāo)、典型空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的魯棒性、基于魯棒性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和模型試驗(yàn)等幾個(gè)層次展開研究。具體內(nèi)容如下： 借鑒H∞最優(yōu)的思想,針對(duì)線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng),根據(jù)定性描述的結(jié)構(gòu)魯棒性定義,從結(jié)構(gòu)自身的屬性出發(fā),建立了H∞結(jié)構(gòu)魯棒性定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過單自由度體系和桁架結(jié)構(gòu)的算例,闡釋了H∞魯棒性指標(biāo)的性質(zhì)、物理意義,以及影響結(jié)構(gòu)魯棒性的因素,驗(yàn)證了本文提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)的合理性和有效性。 針對(duì)非線性結(jié)構(gòu)系統(tǒng),引入L2性能準(zhǔn)則,利用凸集模型表達(dá)不確定性干擾,給出考慮彈塑性的結(jié)構(gòu)魯棒性計(jì)算公式,進(jìn)而分析彈塑性、冗余度以及外部荷載和結(jié)構(gòu)自身的不確定性與魯棒性的關(guān)系。以上兩部分研究為基于魯棒性的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。 采用線性H∞結(jié)構(gòu)魯棒性評(píng)價(jià)指標(biāo),選取常見的扇形三向網(wǎng)格、肋環(huán)斜桿型和肋環(huán)型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),以及單向斜桿正交正放網(wǎng)格和三向網(wǎng)格的單層圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),通過參數(shù)分析,研究了幾何尺寸、網(wǎng)格形式對(duì)單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)魯棒性的影響。通過逐步概念移除構(gòu)件,分析了構(gòu)件的重要性,進(jìn)而搜索了影響魯棒性的關(guān)鍵路徑。最后針對(duì)某雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程實(shí)例,討論了不同的支承形式對(duì)魯棒性的影響。 對(duì)地震作用下不同形式的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行大規(guī)模數(shù)值計(jì)算,分析了其動(dòng)力失效模式及特征,發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各失效模式之間存在模糊性。利用模糊C-均值聚類方法將網(wǎng)架動(dòng)力失效模式歸為三類：失穩(wěn)型局部失效、強(qiáng)度型整體失效和強(qiáng)度型局部失效,得到了各失效模式的典型數(shù)字特征,給出了分析地震作用下網(wǎng)格結(jié)構(gòu)魯棒性的步驟。 以H∞結(jié)構(gòu)魯棒性指標(biāo)為目標(biāo),采用基于多精英選擇的遺傳算法,從截面層次研究了結(jié)構(gòu)魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。以平面和三維桁架結(jié)構(gòu)為例,驗(yàn)證了提出的方法,并探索遺傳算法中種群個(gè)體數(shù)的合理取值。針對(duì)典型的單層球面和圓柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了截面優(yōu)化,得到了較為合理的截面布置,并通過與承載力和位移指標(biāo)比較,驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果。 采用SIMP模型描述材料的剛度,以結(jié)構(gòu)魯棒性為優(yōu)化目標(biāo),從拓?fù)鋵哟窝芯苛私Y(jié)構(gòu)魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。將結(jié)構(gòu)魯棒性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化問題,通過平面應(yīng)力模型驗(yàn)證了方法的可行性和合理性。以球面殼和雙曲面殼為例,得到了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的魯棒構(gòu)型,為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化提供了有效的手段。 分別按照魯棒設(shè)計(jì)和常規(guī)設(shè)計(jì),制作了兩個(gè)單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型,通過靜力和沖擊試驗(yàn),制造不同的干擾場(chǎng)景,分析了不同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的魯棒性,驗(yàn)證了H∞魯棒性指標(biāo)的合理性。結(jié)果表明,通過連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化進(jìn)行魯棒設(shè)計(jì),能夠有效地提高結(jié)構(gòu)魯棒性。 本文系統(tǒng)地研究了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的魯棒性,初步建立了空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的魯棒性設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)原則,為有效防止該類結(jié)構(gòu)的不相稱破壞提供理論依據(jù)和設(shè)計(jì)方法。
[Abstract]:Grid structure is one of the most widely used structural forms in space structure , which has the characteristics of large span , multi - component and serious damage . However , it is more and more prominent in the present design . The structure robustness can reduce its sensitivity to interference and improve the structure ' s ability to resist the failure . At present , the structure robustness lacks effective numerical representation and feasible design method . Based on the robust quantitative evaluation index , the robustness of the typical spatial grid structure , the optimization design method based on robustness and the model test , the research is carried out . The concrete contents are as follows : Based on the concept of H 鈭，

本文編號(hào)：1381593