自由曲面结构形态创构方法_高度调整法的建立与其在工程设计中的应用_

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1、DOI:10.15951/j.tmgcxb.2006.12.001第39卷第12期土木工程学报Vol.39No.122006年12月CHINACIVILENGINEERINGJOURNALDec.2006自由曲面结构形态创构方法——高度调整法的建立与其在工程设计中的应用12崔昌禹严慧（1.日本佐佐木睦朗结构设计研究所，名古屋4680021；2.浙江大学，浙江杭州310027）摘要：曲面结构（如壳体）的受力性能主要取决于结构的曲面形状。在实际工程中，常规的简单曲面一般较难有效满足结构的受力合理性。利用曲面高度参数与结构应变能之间的关系，提出了一种自由曲面创构方法来保证结构达到“薄”而“

2、刚”的统一。该方法基于有限元法，通过计算应变能对曲面高度的微分，并根据应变能变化的敏感程度对曲面高度进行调整，最终得到一个结构应变能最小的合理结构形态。利用该方法，可以通过调整设计参数（约束条件，空间条件）得到多种合理曲面形态，供设计人员参考。同时，也可以对建筑意图所设定的初始形状进行修改，求得近似合理的结构几何形状。工程设计实例表明，该方法所得到的曲面结构基本以薄膜应力为主，而且能保证足够的刚度。关键词：形态优化；结构优化；非线性方法；壳体结构中图分类号：TU33TU311文献标识码：A文章编号：1000-131X（2006）12-0001-06Amorphosistechniqu

3、eforcurved-surfacestructuresofarbitrarygeometries——Heightadjustingmethodanditsengineeringapplications12CuiChangyuYanHui(1.SasakiStructuralConsultants,Nagoya4680021,Japan;2.ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Thestructuralbehaviorofcurved-surfacestructures,typicallyofshells,generall

4、ydependsonthesurfaceshapes.Inengineering,conventionalsimplecurvedsurfaceswouldbedifficulttocoincidewithstructuralrationality.Basedontherelationshipbetweentheheightparametersofstructuralsurfaceandthetotalstructuralstrainenergy,amorphosismethodisdevelopedtoconstructthearbitrarygeometryofcurved-su

5、rfacestructureswithlessthicknessbutbetterstiffness.Thefiniteelementapproachisemployedtocalculatethedifferentialoftotalstructuralstrainenergycorrespondingtosurfaceheightparameters.Thesurfaceheightisadjustediterativelyaccordingtoitssensitivitytototalstructuralstrainenergy.Arationalstructuralsurfa

6、cecanthusbefoundwhenthetotalstructuralstrainenergyreachesminimum.Withthismethod,differentstructuralsurfacescanbeobtainedbyadjustingdesignparameterssuchasconstraintorspaceconditions,fordesigner’sreference.Thismethodcanbealsoappliedtomodifythearchitecturaloriginalformtosolveforanapproximatelyreas

7、onablestructuralgeometry.Adesignapplicationrevealsthatthearbitrarysurfaceconstructedbyusingthismethodcannotonlykeepthestructureinageneralmembrane-stressstatebutwithsufficientrigidity.Keywords:shapeoptimization;structuraloptimizati