大型索网结构网面形状优化设计

论文摘要

索网结构的分析与一般刚性结构的分析不同。刚性结构的分析一般是在已知结构形状的基础上进行;而对于柔性的张拉结构,在没有施加预应力之前没有刚度,其形状是不确定的,必须通过施加适当预应力赋予一定的形状,索网结构才能承受外载荷。在给定的边界条件下,给索网结构所施加的预应力的分布和大小同所形成的结构初始形状是相互影响的。如何合理地确定这一初始形状和相应的自平衡预应力系统,即“索网结构平衡态的确定问题”,是索网结构设计的关键技术问题。本文在已知索网边界约束条件和结构拓扑条件下,主要研究索网网面形状确定问题。探讨了索单元类型的选择及单元长度的划分原则;基于有限元分析软件ANSYS,建立了某索网体系的有限元模型,并分析了影响索网性能的主要因素;以索杆单元预张力及索杆横截面积为设计变量,以网面精度及应力分布均匀程度为目标函数,以强度等为约束条件,建立了确定索网结构平衡态的双目标带约束的优化模型。以所建立的索网体系为例,通过逆迭代方法对其进行了分析求解。算例结果表明,网面精度能很好的满足设计要求,应力分布均匀,说明了文中所用的逆迭代算法的有效性。由不同的算例可验证本文所建立的优化模型具有一定的通用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 索网结构的发展和应用
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 索单元的静力分析
• 2.1 引言
• 2.2 索单元静力分析的解析法
• 2.3 索单元静力分析的有限元法
• 2.4 小结
• 第三章 索网结构几何非线性问题的分析
• 3.1 引言
• 3.2 索网结构的非线性平衡方程
• 3.3 非线性平衡方程的求解方法
• 3.4 索网结构中索段长度的确定
• 3.5 索网结构有限元模型的建立
• 3.6 小结
• 第四章 索网平衡构形优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 索网平衡构形确定的优化模型
• 4.3 逆迭代搜索算法
• 4.4 数值算例
• 4.5 小结
• 第五章 总结与展望
• 一、本文的主要工作与结论
• 二、工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果