壳空间剖分的隐式曲面三角化

提出了一种曲率自适应的壳空间剖分隐式曲面三角形化新方法.新方法首先采用粒子系统对隐式曲面进行采样,通过高斯曲率约束粒子的生成,使生成的网格模型在曲率大的区域具有较多的小三角形,在曲率小的区域具有较少的大三角形,从而使网格模型更好地逼近隐式曲面.新方法在每个采样粒子处沿曲面法线正负方向延伸适当距离得到两个附加点,对所有附加点进行四面体化形成对隐式曲面逼近的壳空间四面体网格,在每个壳空间四面体中抽取三角形,所有抽取的三角形拼合得到隐式曲面的三角网格表示.与以往方法相比,新的三角网格化方法更具有鲁棒性,可一次性获得高质量的三角形网格.最后给出了对常用隐式曲面进行三角化的实例比较,显示了新方法的有效性.

大跨球面网壳空间结构的屈曲分析

研究了大跨球面网壳空间结构机械载荷作用下的屈曲行为。利用ANSYS软件建立大跨球面网壳空间结构三维模型,针对大跨球面网壳空间结构的结构及载荷特点,将球面网壳空间结构离散成空间梁单元结构,采用结构屈曲模态LANCZOS法,编程计算了大跨球面网壳空间结构特征值屈曲问题及含有初始缺陷的非线性屈曲问题,给出了结构各阶屈曲模态,并绘出了大跨球面网壳空间结构的变形随载荷参数变化的特性曲线。计算结果表明,由于大跨球面网壳空间结构所处特殊的工作环境,对其进行屈曲分析非常必要。

基于Rhino+Grasshopper对空间网壳结构参数化建模研究

随着数字化在土木行业的快速发展,参数化设计方法在土木行业也备受欢迎,尤其是对异形曲面结构,参数化建模不仅比传统方法更加精准,而且更加高效。通过Rhino+Grasshopper软件对某工人文化宫的单层空间网格结构进行了参数化建模,给出了空间网壳结构的参数化建模方法,并根据实际需要对建成后的网格结构进行了翘曲度分析及优化。

基于全过程数值模拟的复杂空间混凝土壳体结构施工控制技术研究

随着社会的进步和经济的发展,建筑的形态及结构体系均呈现出复杂的趋势。同时,施工过程往往存在较高的潜在风险,建造完成后的建筑内力分布情况也与施工过程存在较高相关性,需通过合理的施工控制技术确保设计意图的准确实现。以国内外首例叠置双层大跨空间曲面预应力混凝土壳体结构施工——上海在水一方项目为背景,探讨基于全过程数值模拟施工控制技术的应用:首先建立可模拟施工过程中混凝土刚度变化、预应力张拉、临时支撑脱开等行为的有限元模型,并进行施工全过程模拟分析,对拟定的施工工况进行验证及优化;其次基于模拟结果,在结构卸载工况中,采用伺服液压千斤顶辅助卸载,以确保结构受力模式的转化平稳、安全;最后制订施工过程中的监测方案,并通过对比实测数据及计算结果,判定结构受力状况。最终,项目结构施工顺利完成,验证了所采用的施工控制技术的合理性和有效性,可为今后类似工程提供参考。

半刚性螺栓球节点空间网壳结构受力性能研究

空间结构中常用的节点多数都是介于刚接和铰接之间的一种半刚性节点。国内对用于空间结构中的半刚性节点以及半刚性节点网壳的研究目前还比较少。基于半刚性节点的试验研究,得到了螺栓球半刚性节点在弯矩荷载和压弯荷载共同作用下的弯矩-转角曲线。利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了用于空间半刚性网壳结构的有限元分析模型。最后,将由试验得到的节点的弯曲刚度带入半刚性凯威特单层网壳的数值模型中,考虑几何参数和节点刚度对半刚性网壳稳定性的影响,展开了大规模的弹塑性全过程分析,通过系统的参数分析,较为全面地掌握了半刚性单层网壳的稳定性能,并进一步总结得出了螺栓球半刚性节点单层球面网壳的稳定承载力公式。

基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解(POD)法,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。

某空间网壳结构火灾过程数值模拟及损伤评估

针对某杂货仓库发生的实际火灾,采用FDS软件对火灾场景进行数值模拟,确定火灾过程中仓库内不同位置的空气升温曲线,与实用大空间火灾空气升温经验公式的比较表明,火源位置靠近墙体时,烟气的扩散受到限制而在墙体内侧汇聚,将增大该区域空气升温幅度。对火灾温度荷载作用下的仓库屋盖网壳结构进行有限元分析,所确定的网壳结构局部破坏的部位及模式与灾后现场情况完全一致,验证了火灾场景数值模拟及结构有限元分析的准确性。对火灾后网壳结构的损伤进行评估,为确定网壳结构的修复、加固方案提供依据。

空间网壳结构的稳定性分析

利用几何非线性有限元方法研究了空间网壳结构的稳定性。基于Green-Lagrange应变和第二类Piola-Kirchhoff应力,推导了适合于空间网壳结构分析的三维杆件系统几何非线性刚度矩阵,在求解非线性方程时分别采用了增量法、NR迭代法、增量迭代组合法及弧长法,比较了各种方法在求解该类问题时的效率,得到了空间网壳结构的全过程p-△曲线。

空间可展板壳结构的展开分析

建立了空间可展板壳结构的运动学分析的基础方程式,利用广义逆矩阵理论分析了可展板壳结构在外荷载作用下的运动过程,给出了可展板壳结构从收纳(展开)状态到展开(收纳)状态的计算方法,推导出了考虑位置增量高阶项的数值解,并取得了较好的展开分析精度.通过编制仿真程序进行算例分析,结果验证了分析方法的正确性.与传统的多体系统动力学方法相比,该分析方法的优点是建模简单,能够有效地分析可展板壳结构的复杂运动,并为空间可展板壳结构的设计优化提供了理论依据.

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。

空间网壳结构风振抑制的动态矩阵预测控制分析

将传统预测控制方法进行改进并应用于空间网壳结构风致振动控制,采用动态矩阵预测控制理论来定义衰减函数参考轨迹,以适应空间网壳结构的风振控制特点,建立了空间网壳结构风振预测控制系统模型,采用多种结构响应反馈机制,选用典型网壳模型进行风荷载作用下的预测控制计算和控制效果分析.通过改变空间结构模型参数,探讨了空间网壳结构风振的动态矩阵预测控制的鲁棒性.

凯威特型空间单层球面网壳的非线性分析

基于作者所编制的凯威特型单层网壳优化设计软件（ＳＳＳＡＯＰ）的优化设计方案，采用非线性有限元分析方法，并利用荷载增量迭代法对已优化设计的网壳进行非线性分析，计算其安全储备，得出可靠度指标。

空间网壳结构的形状优化

采用二级优化算法对空间网壳进行形状优化分析，建立了以结构自重最小为目标函数的空间网壳形状优化的数学模型．详细分析了二级优化算法的实施步骤，以及一种有效的离散变量优化方法——相对差商法．最后利用该方法分析了一Ｋｉｅｗ ｉｔｔ型球面网壳的形状优化问题，并得出一些有价值的结论．

大空间柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应

通过应用LS-DYNA程序对柱面网壳结构室内爆炸的数值模拟实验,建立了大空间结构在爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。数值模拟计算结果与J.亨利奇公式结果吻合。通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其POD分解,解决了冲击波荷载的时空差异性及结构表面压力场分布问题。采用Ritz-POD法对大空间单层柱面网壳结构在爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟计算,研究了结构矢跨比、结构高度、炸药TNT当量及爆炸点位置等参数变化对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适用于大空间结构的爆炸动力响应分析。大空间结构的最大位移和应力响应随炸药TNT当量的增加成非线性增大,应力响应成倍增大,位移响应成数倍增加。偏心爆炸冲击波比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利。对于应力控制设计的结构,应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。

基于GMM的空间网壳结构地震响应优化控制方法与试验研究

针对地震作用下空间网壳结构的受力和变形特点,以超磁致伸缩材料为核心元件研发了适合于空间网壳结构主动控制的超磁致伸缩主动杆件,并对其进行了磁-力耦合性能测试。基于遗传算法这一先进的优化方法,对空间网壳结构中超磁致伸缩主动杆件的布置位置进行了优化设计,并通过典型算例数值模拟及一个层网壳模型结构的振动台试验进行了优化控制效果的验证与分析。结果表明,超磁致伸缩主动杆件具有良好的作动效应,提出的优化控制方法能够较好地提高空间结构主动控制的效率,表明文中研发的超磁致伸缩主动杆件及提出的优化控制方法是有效的,能够高效、经济的实现对结构进行主动控制的目的。

大跨度空间网壳结构抗火反应分析

以凯威特单层球面网壳为实例,采用ISO-834标准温度-时间关系曲线模拟火灾,用ANSYS软件中的瞬态热分析进行温度场的分布计算和力学分析,模拟了火灾发生在结构的不同部位对结构变形的影响以及结构的破坏形式。通过对计算数据的对比分析得出网壳结构在局部火灾作用下的临界温度和耐火时间以及各位置最大变形特性,利用ANSYS单元生死的功能对该结构的失稳破坏机理进行分析,从一定程度上反应出空间网壳结构的整体抗火性能。

大跨空间网壳结构减震控制的研究与发展

大跨空间网壳结构一般为重要性建筑,其抗震性能的优劣关系到人民生命和巨大的国家经济财产的安全,对其实施可靠的抗震保护措施是非常必要的。目前,将结构振动控制技术应用到大跨网壳结构的抗震研究中是一种新型的抗震理念。介绍了大跨网壳结构减震控制的研究现状,并提出了将来应着重解决的若干问题。

编织式复杂拓扑空间网壳设计与建造关键技术与应用

本项目是一个建筑-结构一体化的跨专业研究。面向当前自由曲面建筑形态的建造的国际前沿问题,课题组原创性地提出了一种基于主动弯曲(bending active)原理,使用连续弹性杆件相互编织找形的空间网壳结构,可以适用于各种不同形态的大尺度自由曲面的建造,具有不需要使用复杂的数控加工、空间定位设备,建造经济快速,具有广泛的适应性等系列技术优势。课题组开发了针对这一编织式网壳的复杂拓扑网格生成算法,基于非线性编程和自启发式算法的结构优化技术,面向建造的三维样条曲线展开和动态工序优化技术,以及一系列结构性能提升技术,并在一系列工程实践中验证了其广泛的应用前景。

基于空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置方法

传感器的布置与优化问题是目前空间网壳结构健康监测研究的热点与难点.以结构杆件损伤识别为目标,以结构杆件应力监测数据为基础,通过对空间网壳结构损伤特征、健康监测工作方式以及在静力作用下杆件内力变化特点的分析与研究,提出适合于在役空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置原则和方法.同时也指出,该方法的应用需要先保证结构计算模型准确性,加强传感器在安装与使用过程中对不利因素影响的防范.大量数值模拟和实验研究表明,该方法简便有效,可操作性强,较好地解决了基于已测杆件应变信息来判断未测杆件的损伤问题.

空间网壳结构振动问题的改进神经网络控制

结合经验公式及实验比较对神经网络的结构进行优化,利用Levenberg-Marquardt算法改进传统误差反向传播算法。基于两个改进人工神经网络的组合运用,针对结构动力响应,建立了一种可预测有效控制力的神经网络预测控制策略。用一个网络辨识结构的动力响应,另一个网络预测有效控制力。数值仿真显示:该算法具有比传统BP网络的最速下降法高一阶的收敛速度;除个别时间步外,该文控制策略可较准确识别结构的动力响应、给出有效控制力。