【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)力水平的提高,殼結(jié)構(gòu)越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于工業(yè)與建筑領(lǐng)域。區(qū)別于已經(jīng)建立了完善的力學(xué)分析與設(shè)計(jì)理論的平面結(jié)構(gòu)或?qū)嶓w結(jié)構(gòu),殼結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)方法目前正處于快速發(fā)展的階段。將連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化方法應(yīng)用于殼結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì),能在一定程度上為設(shè)計(jì)人員提供參考。本文的研究目的在于將連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法中常用的水平集方法拓展應(yīng)用于面向建筑形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的殼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)之中,并對(duì)其應(yīng)用于建筑工程實(shí)際時(shí)可能面臨的一些問題給出解決方案。首先,本文在水平集拓?fù)鋬?yōu)化方法的框架之下,采用徑向基函數(shù)對(duì)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)域空間里的水平集函數(shù)進(jìn)行參數(shù)化處理,并說(shuō)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(dǎo)了平板殼單元的剛度矩陣。通過(guò)數(shù)值算例可以證明該方法在殼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)過(guò)程中的指導(dǎo)作用。其次,考慮到殼結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果在建筑工程中的可制造性及美學(xué)要求,在上述殼結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化方法的框架之下,將模式重復(fù)這一制造約束引入拓?fù)鋬?yōu)化模型。憑借該方法中徑向基函數(shù)的基點(diǎn)位置與有限元網(wǎng)格的獨(dú)立性,可以實(shí)現(xiàn)殼結(jié)構(gòu)中不同形狀的子區(qū)域間的拓?fù)淠Ｊ街貜?fù)。最后,啟發(fā)于早期的物理實(shí)驗(yàn)找形方法,考慮到殼結(jié)構(gòu)初始形態(tài)對(duì)最終拓?fù)浣Y(jié)果的力學(xué)與美學(xué)意義上的影響,本文提出一種借助有限元計(jì)算的簡(jiǎn)化生形方法,可以對(duì)殼結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行多樣化設(shè)計(jì),在一定程度上為設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)分析時(shí)，通常根據(jù)殼結(jié)構(gòu)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(shí)際工程中的殼結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析十分復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常用做法是

圖 1-2 充氣膜鋼筋混凝土殼結(jié)構(gòu)層用于建筑設(shè)計(jì)時(shí)，更多采用的是幾何自由、無(wú)法被數(shù)于笛卡爾坐標(biāo)系的自由曲面殼。得益于近年來(lái) NURB設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)工具的出現(xiàn)與快速發(fā)展，設(shè)計(jì)師們從可
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU399

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617371