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自由曲面结构力学性能研究

作　者: 冯潇
导　师: 崔昌禹
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: 自由曲面结构形态力学性能稳定性
分类号: TU311
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 55次
引　用: 2次
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内容摘要

曲面结构是与建筑表现密切相关的“形状抵抗型”空间结构。曲面结构形态的选择不仅影响建筑物的安全性和经济性,也直接影响建筑物的使用性、审美性。目前能够选择的曲面结构形态局限于比较单纯的几何形状(圆筒形、扁平球体形、双曲抛物面形等等),满足不了日益发展的建筑表现要求。如何创造出能满足各种建筑意图的“薄”而“硬”的、自由的、灵活的、多样的曲面形状,如何建立创构合理的自由曲面结构形态的理论方法,是当前有待解决的一项课题,也是建筑与结构交叉领域的全新课题。本文应用了创构自由曲面结构形态的方法“高度调整法”,它是利用有限元法,计算关于曲面高度的应变能微分,并逐步调整曲面高度,使结构逐渐演变成具有最小应变能的高刚度的合理曲面结构形态的方法。利用“高度调整法”不仅可以得出自由曲面结构形态,也可以修正建筑设计所决定的曲面结构形态。选取三个不同的曲面模型,对初始模型进行了结构形态创构。采用有限元分析软件对经过高度调整法创构的曲面结构进行了力学性能的分析。得出了自由曲面结构在进化过程中薄膜应力、弯曲应力、以及位移的变化,并求得了自由曲面结构的屈曲模态和极限荷载。为此类结构的工程设计和实践提供一些有价值的设计建议。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 研究现状  9-16
    1.2.1 建筑与结构设计  9-11
    1.2.2 空间结构发展  11-14
    1.2.3 自由曲面结构的研究现状  14-16
  1.3 论文的研究目的和研究意义  16-17
  1.4 论文的主要工作  17-18
第2章自由曲面结构研究基础  18-30
  2.1 概述  18
  2.2 分析方法简介  18-22
    2.2.1 静力分析方法  18-19
    2.2.2 稳定性分析方法  19-22
  2.3 自由曲面结构形态创构方法  22-29
    2.3.1 数学模型  23
    2.3.2 应变能敏感度  23-26
    2.3.3 自由曲面结构形态创构方法的建立  26-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章自由曲面研究模型的建立  30-39
  3.1 概述  30-32
  3.2 研究模型的创构  32-34
  3.3 初始研究模型的特点  34-37
  3.4 本章小结  37-39
第4章自由曲面结构静力特性的研究  39-46
  4.1 概述  39
  4.2 进化过程中的内力的变化  39-43
  4.3 进化过程中的位移的变化  43-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章自由曲面结构稳定性能的研究  46-57
  5.1 概述  46-47
  5.2 满跨均布荷载作用下的结构稳定性  47-52
  5.3 荷载不对称分布的影响  52-55
  5.4 初始几何缺陷的影响  55-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表的学术论文  61-63
致谢  63

自由曲面结构力学性能研究

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