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单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究

叶继红 陆明飞

叶继红, 陆明飞. 单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
引用本文: 叶继红, 陆明飞. 单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
YE Ji-hong, LU Ming-fei. DESIGN OPTIMIZATION METHOD OF RIGID NODES IN SINGLE-LAYER GRIDSHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
Citation: YE Ji-hong, LU Ming-fei. DESIGN OPTIMIZATION METHOD OF RIGID NODES IN SINGLE-LAYER GRIDSHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092

单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
基金项目: 国家重点研发资助计划项目(2017YFC1500702);中央高校基本科研业务费专项资金项目,江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX17_0123)
详细信息
    作者简介:

    陆明飞(1991-),男,江苏人,博士生,从事空间结构研究(E-mail:lmflumingfei@163com).

    通讯作者: 叶继红(1967-),女,广东人,教授,博士,从事空间结构研究(E-mail:jhye@cumt.edu.cn).
  • 中图分类号: TU391

DESIGN OPTIMIZATION METHOD OF RIGID NODES IN SINGLE-LAYER GRIDSHELLS

  • 摘要: 单层网格结构中的节点不仅须传递轴力,也须传递两个方向上的弯矩。因此,单层网格结构中的节点为受力复杂的刚性节点,应具有合理的结构形式和良好的力学性能。同时,单层网格结构节点连接复杂、高空施工难度大,节点与杆件应有可靠、方便、通用的连接方式。该文提出了单层网格结构刚性节点优化设计方法:通过构造设计节点端,实现节点与杆件的连接;通过对受力复杂的节点核进行拓扑优化,开发高效的受力节点形式。在优化模型中,通过与外荷载无关的自平衡力系表示节点弯曲刚度,使得优化后的节点在任意方向上均有良好的弯矩传递能力。为避免拓扑优化中将力直接施加在设计域而导致的应力奇异问题及节点形式受限的缺点,通过施加加速度场,以体积惯性力等效集中荷载,降低了优化结果对边界条件的敏感性,获得了稳定、可靠的优化结果,解决了刚性节点拓扑优化中的关键技术难点。并以一个实际结构中的节点为例进行优化设计。通过分析节点端连接性能、力学性能以及与传统节点进行对比,验证了将拓扑优化和构造设计相结合的刚性节点优化设计方法。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-05
  • 修回日期:  2019-06-28
  • 刊出日期:  2020-05-27

单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
    基金项目:  国家重点研发资助计划项目(2017YFC1500702);中央高校基本科研业务费专项资金项目,江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX17_0123)
    作者简介:

    陆明飞(1991-),男,江苏人,博士生,从事空间结构研究(E-mail:lmflumingfei@163com).

    通讯作者: 叶继红(1967-),女,广东人,教授,博士,从事空间结构研究(E-mail:jhye@cumt.edu.cn).
  • 中图分类号: TU391

摘要: 单层网格结构中的节点不仅须传递轴力,也须传递两个方向上的弯矩。因此,单层网格结构中的节点为受力复杂的刚性节点,应具有合理的结构形式和良好的力学性能。同时,单层网格结构节点连接复杂、高空施工难度大,节点与杆件应有可靠、方便、通用的连接方式。该文提出了单层网格结构刚性节点优化设计方法:通过构造设计节点端,实现节点与杆件的连接;通过对受力复杂的节点核进行拓扑优化,开发高效的受力节点形式。在优化模型中,通过与外荷载无关的自平衡力系表示节点弯曲刚度,使得优化后的节点在任意方向上均有良好的弯矩传递能力。为避免拓扑优化中将力直接施加在设计域而导致的应力奇异问题及节点形式受限的缺点,通过施加加速度场,以体积惯性力等效集中荷载,降低了优化结果对边界条件的敏感性,获得了稳定、可靠的优化结果,解决了刚性节点拓扑优化中的关键技术难点。并以一个实际结构中的节点为例进行优化设计。通过分析节点端连接性能、力学性能以及与传统节点进行对比,验证了将拓扑优化和构造设计相结合的刚性节点优化设计方法。

English Abstract

叶继红, 陆明飞. 单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
引用本文: 叶继红, 陆明飞. 单层空间网格结构刚性节点优化设计方法研究[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
YE Ji-hong, LU Ming-fei. DESIGN OPTIMIZATION METHOD OF RIGID NODES IN SINGLE-LAYER GRIDSHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
Citation: YE Ji-hong, LU Ming-fei. DESIGN OPTIMIZATION METHOD OF RIGID NODES IN SINGLE-LAYER GRIDSHELLS[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 81-89,144. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0092
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