| 【中文题名】 | 自由曲面薄壳屋面造型研究 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 结构工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2004-6-28 |
| 【中关键词】 | 自由曲面造型,有限元法,形状优化,拓扑优化,, |
| 【英关键词】 | Free surface modeling,finite elements method,Shape optimization,topology optimization, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑设计>房屋细部构造设计>屋顶（屋面）、屋檐> |
| 【论文摘要】 |
本文对基于并行设计思想的重要问题——建筑—结构集成分析的理论和应用进行归纳整理，着重对概念设计阶段自由曲面造型方案的确定进行讨论，提出了一套可供参考的评价最优建筑造型方案的方法。
首先以通用CAE软件ANSYS环境下的二次开发语言APDL和UIDL为工具，建立了针对自由曲面壳体集成分析的人机交互(GUI)界面，初步实现了建筑方案CAD与结构分析CAE的集成。并突破了传统的建筑领域内欧氏几何造型的限制，在UG平台下完成了以现代建筑方案设计为目标的自由曲面薄壳屋面实例造型。最后基于壳体有限元理论提出以整体结构的应变能最小作为自由曲面薄壳屋面优化选型的目标函数，将方案的形状优化和拓扑优化目标函数相统一，从而对前述的初始造型进行优化设计，确定符合结构优化理论的最优建筑造型方案并通过数值算例证明了最优方案的合理性。 |
| 【论文题纲】 |
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第一章 绪论 |
8-20 |
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1.1 概述 |
8-11 |
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1.2 几何造型技术综述 |
11-15 |
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1.2.1 几何造型技术 |
11-13 |
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1.2.2 自由曲面造型理论和方法 |
13-15 |
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1.3 集成分析模块的开发技术 |
15-18 |
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1.3.1 参数化设计语言(APDL) |
16 |
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1.3.2 UIDL方法 |
16-17 |
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1.3.3 UPFs方法 |
17-18 |
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1.4 本文的主要工作及意义 |
18-20 |
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第二章 自由曲面方案集成分析模块开发 |
20-34 |
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2.1 引言 |
20 |
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2.2 集成模块开发工具及实例 |
20-29 |
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2.2.1 参数化程序设计语言(APDL) |
21-25 |
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2.2.2 用户界面设计语言 |
25-29 |
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2.3 集成模块用户界面实例 |
29-34 |
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2.3.1 CAD模型数据转换菜单说明 |
29-32 |
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2.3.2 有限元自动分析菜单 |
32 |
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2.3.3 优化选型菜单 |
32-34 |
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第三章 自由型曲线曲面造型基本理论 |
34-49 |
|
3.1 NURBS方法的提出与其优缺点 |
34-35 |
|
3.1.1 NURBS方法的提出 |
34 |
|
3.1.2 NURBS方法的优缺点 |
34-35 |
|
3.2 NURBS曲线方程 |
35-38 |
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3.2.1 有理分式表示 |
35-36 |
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3.2.2 有理基函数表示 |
36-37 |
|
3.2.3 齐次坐标表示 |
37-38 |
|
3.2.4 三种等价的NURBS曲线方程比较 |
38 |
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3.3 NURBS曲面方程 |
38-39 |
|
3.3.1 有理分式表示 |
38-39 |
|
3.3.2 有理基函数表示 |
39 |
|
3.3.3 齐次坐标表示 |
39 |
|
3.4 权因子的几何意义与影响 |
39-40 |
|
3.5 NURBS曲线曲面构造方法 |
40-43 |
|
3.5.1 NURBS曲线构造方法 |
40-42 |
|
3.5.2 NURBS曲面造型方法 |
42-43 |
|
3.6 NURBS曲线曲面的形状修改 |
43-45 |
|
3.6.1 重新定位NURBS曲线的控制顶点 |
43-44 |
|
3.6.2 重新确定权因子 |
44 |
|
3.6.3 反插NURBS曲线的节点 |
44-45 |
|
3.7 NURBS曲面在自由曲面壳体造型上的应用 |
45-49 |
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第四章 建筑造型方案的有限元模型分析 |
49-60 |
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4.1 有限元法概述 |
49-50 |
|
4.2 壳体有限元模型求解 |
50-60 |
|
第五章 结构优化设计理论及应用 |
60-80 |
|
5.1 结构优化设计及其发展 |
60 |
|
5.2 自由曲面壳体形状优化 |
60-62 |
|
5.2.1 形状优化设计数学模型 |
61 |
|
5.2.2 优化方法 |
61-62 |
|
5.3 自由曲面壳体拓扑优化 |
62-70 |
|
5.3.1 拓扑优化设计数学模型 |
64-67 |
|
5.3.2 几种优化算法的比较 |
67 |
|
5.3.3 拓扑优化问题的求解 |
67-70 |
|
5.4 自由曲面薄壳造型分析实例 |
70-80 |
|
5.4.1 对称型自由曲面薄壳造型方案 |
71-75 |
|
5.4.2 非对称型自由曲面薄壳造型方案 |
75-80 |
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第六章 结论与展望 |
80-81 |
|
6.1 结论 |
80 |
|
6.2 展望 |
80-81 |
|
参考文献 |
81-84 |
|
致谢 |
84-85 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.119068 |
