拓扑优化在叠层桁架转换结构概念设计阶段的应用

论文摘要

桁架转换层具有结构受力明确合理、地震作用反应小、建筑布局灵活、转换层利用空间大、管道设备布置便捷等优点。其中,叠层桁架转换结构是近年来转换层理论研究方面的热点之一。本文以叠层桁架转换结构工程实例为基础,对当前主流拓扑优化方法中的均匀法、变密度法和渐进结构优化法,以及ANSYS、TOSCA、HYPERMESH-OPTISTRUCT中的拓扑优化模块等进行深入细致的分析研究,采用ANSYS、HYPERMESH-OPTISTRUCT分别对竖向和水平荷载作用下叠层桁架转换结构的腹杆布置和多工况下叠层桁架转换结构进行了拓扑优化,所得的叠层桁架转换结构的优化结果和优化结论与工程实例叠层桁架转换结构的优化转换结构一致,并与叠层桁架转换结构的模型试验结果拟合良好。研究表明,拓扑优化方法用于叠层桁架转换结构优化是可行的,拓扑优化所得的叠层桁架转换结构的结论是合理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概论
• §1.1 转换层的概念
• §1.2 转换层结构的分类
• §1.3 转换层研究现状
• §1.4 本文研究背景、所采用的研究方法及主要内容与意义
• 第二章 拓扑优化及ANSYS、TOSCA、HYPERMESH优化核心板块概述
• §2.1 结构拓扑优化的主要思想和当前主流方法
• §2.1.1 均匀化方法（Homogenization Method for Optimization）
• §2.1.2 变密度法（Artificial Materials）
• §2.2 ANSYS结构拓扑优化核心板块介绍
• §2.2.1 ANSYS拓扑优化模块（topological optimization）
• §2.2.2 ANSYS拓扑优化基本步骤
• §2.3 TOSCA拓扑优化模块及后续处理模块介绍
• §2.4 HYPERMESH—optistruct拓扑优化模块及后续处理模块介绍
• 第三章 基于ANSYS的叠层桁架转换结构腹杆布置的拓扑优化
• §3.1 ANSYS拓扑优化设计的基本流程
• §3.2 竖向静荷载作用下腹杆优化布置
• §3.2.1 竖腹杆优化布置
• §3.2.2 斜腹杆优化布置
• §3.2.3 竖腹杆和斜腹杆布置的共同优化
• §3.2.4 小结
• §3.3 水平荷载作用下的腹杆优化布置
• §3.3.1 斜腹杆优化布置
• §3.3.2 小结
• §3.4 本章小结
• 第四章 基于Optistruct的叠层桁架转换结构多工况拓扑优化
• §4.1 多工况叠层桁架转换结构拓扑优化概念设计流程体系
• §4.2 叠层桁架转换结构竖向荷载作用下多工况优化设计
• §4.2.1 模型信息
• §4.2.2 计算及优化图形结果
• §4.2.3 优化模型及初步结论
• §4.2.4 调整优化设计
• §4.3 叠层桁架转换结构竖向、水平荷载作用下多工况优化设计
• §4.3.1 计算及优化图形结果
• §4.3.2 优化模型及初步结论
• §4.3.3 竖向、水平荷载多工况下的模型调整优化设计
• §4.4 本章小结
• 第五章 桁架转换层结构优化设计
• §5.1 转换层结构总设计原则
• §5.2 桁架转换层结构设计及构造要求
• §5.3 工程实例
• §5.3.1 工程介绍
• §5.3.2 裕年国际桁架结构拓扑优化前期准备
• §5.3.2 裕年国际叠层桁架转换结构HyperMesh—optistruct优化思想
• §5.3.3 Optistruct具体操作过程
• §5.3.3.1 转换结构斜腹杆在体积百分比控制下的竖向最大刚度优化
• §5.3.3.2 转换结构在应力控制下的斜腹杆总体积最小优化
• §5.3.4 优化结构模型分析及调整
• §5.3.5 结构优化方案的确立及结论
• §5.3.6 桁架转换结构静力试验研究
• §5.3.6.1 试验概况
• §5.3.6.2 加载方案:
• §5.3.6.3 测试内容
• §5.3.6.4 试验结果分析
• §5.3.6.5 结论和建议
• 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 攻读硕士研究生期间主要参与项目