摘要：空间形体的任意性以及荷载工况的多样性是真实物理环境中的建筑结构形态创构面临的难题。为解决该问题,基于空间映射理论,提出了考虑多工况的连续体结构形态创构方法,通过建立具有映射关系的正交参数空间,实现任意复杂设计域内自由形态结构的合理布置。引入连续性假定保证了应力在整个设计域参数空间中连续化分布,使得形态在结构整体层面双向迭代进化。采用广义平均距离确定所有工况下最不利应力分布状态的进化基准值,并提取对应的应力等值线(面),最终得到形状和拓扑自由的创构结果。通过二维和三维数值算例分析表明:在满足最大允许应力和位移等约束条件下,材料用量大幅减少,von Mises应力趋于均匀分布,结构形态兼顾各个单工况荷载的传力路径,证实了方法的有效性;所提出的基于空间映射的连续体结构形态创构方法,能够在多工况下的任意设计域内生成力学性能高效的自由形态结构。

摘要：目的:寻找以轴力为主要传递荷载方式的单层网壳结构的多种合理形态,改善结构的受力性能,为建筑设计提供多种合理的结构形状方案。创新点:1.建立控制单元组长度的移形方程,并在移形方程的基础上推导基于联动机构势能最小化的结构形态创构方法。2.将分组方式应用于网壳结构形态创构,并通过改变分组形式获得不同的合理结构形状;临时单元与临时力的引入拓展了方法的适用范围,也为形态创构提供了新的途径。方法:1.将机构的单元进行分组,以单元组总长度不变作为条件建立机构移形方程;根据机构势能下降最快的方向调整机构形状,使机构逐步达到势能最低。2.在同一初始模型中,通过改变临时单元、临时力以及单元组的设置来获得多种合理结构形状;通过多个数值算例说明该方法的特性。3.对该方法所生成的结构进行受力性能分析,验证所提方法的可行性和有效性。结论:提出了一种适用于网壳结构的形态创构方法。该方法简单、灵活,可以通过调整临时单元、临时力以及单元组的设置,得出多种以轴力为主要传递荷载方式的合理结构形状。可以为设计者在建筑方案设计阶段提供多种结构形状方案。

摘要：在形态创构方法中,较多的是建立在反映目标函数与设计变量关系的敏感度计算基础上。然而,利用解析法确定敏感度不仅需要复杂的数学推导,而且对目标函数的解析性要求较高,当形态从弹性发展到弹塑性时,难度进一步增加。首先,本文利用Taylor级数展开式推导出目标函数敏感度的中心差分格式,并分析讨论差分格式的精度与收敛性以及采用差分格式敏感度时的迭代步长确定方法。其次,以曲面结构高度参数坐标为设计变量、以结构应变能作为目标函数,建立了基于有限元差分法的形态创构方法。同时通过以往的工程实例作为算例,考察了方法的特性与力学性能变化特征。最后,利用ANSYS有限元软件对所得到的结构进行了应力分布特性以及结构稳定性与初始缺陷对极限承载力影响的分析,验证了方法的可靠性。该方法可以扩展到弹塑性问题,而且也可以克服以往敏感度分析中对目标函数解析性的苛刻要求。