基于拓扑优化和深度学习的新型结构生成方法

计算机辅助设计已广泛应用于结构计算和分析,但如何利用计算机智能生成最佳的新型结构还面临巨大挑战。针对这一问题,提出了一种基于拓扑优化和深度学习的新型结构智能生成方法。该方法首先通过结构拓扑优化分析获得不同参数下的优化结果制作训练集图片,并将训练集标签定义为相应的工况类型,然后应用最小二乘生成对抗网络(LSGAN)深度学习算法进行训练并生成大量的新型结构,最后建立评价指标和评估体系对生成的模型进行评价比较,根据需求选择最佳结构设计方案。结合一个铸钢支座节点底板设计的工程案例,详细阐述了上述方法的应用过程,并借助三维重构技术和增材制造技术实现结构模型的一体化制造。研究结果表明,基于拓扑优化和深度学习的新型结构智能生成方法不仅可以自动生成新的结构,而且可以进一步优化结构的材料用量和力学性能。     

基于线性鲁棒性优化的弦支结构设计及分析

结构的鲁棒性是指结构抵抗不相称破坏的能力。目前,研究集中于框架类结构鲁棒性的评价,缺少弦支结构鲁棒性评价及设计方法。首先基于H∞理论,采用结构系统传递函数的H∞范数作为结构鲁棒性的定量评价指标。然后,采用SIMP模型描述建立了人工材料模型,以结构线性鲁棒性为优化目标,将结构鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化,并通过粒子群算法求解。以弦支双曲球壳模型为例,通过鲁棒设计得到了鲁棒构形。最后通过作用超越静荷载,制造干扰场景,分析不同结构设计方案的非线性鲁棒性。结果表明,H∞结构鲁棒性评价指标可以反映干扰与后果是否相称,通过连续体拓扑优化进行鲁棒设计,能够有效地提高结构鲁棒性,可以为弦支结构初始概念设计提供参考。     

索-桁预应力穹顶结构的动力性能研究

索－桁结构是一种有潜力的空间结构，但目前的研究尚不够深入，本文提出了一种圆形索－桁预应力结构，采用反应谱法和时程法分析，研究了其动力性质，结果表明，该种结构的频谱极为密集，振型较为复杂，这类结构采用反应谱法计算动内力将导致不可接受的误差，而应采用相应的时程分析法计算动内力，同时还得出了这种结构预应力的施加不可缺少，否则将有可能导致动力破坏的结论。     

非概率不确定性结构的鲁棒性分析

针对目前评价结构的鲁棒性还没有统一标准的问题,基于H∞鲁棒控制理论,建立了不确定性结构鲁棒性定量的评价方法.将外部荷载和结构自身的非概率不确定性用凸集模型表达,采用结构系统传递函数的H∞范数作为结构鲁棒性的定量评价指标.引入L2范数作为评价信号的度量,给出了考虑弹塑性的结构鲁棒性计算公式.分析单自由度并联结构体系,表明不考虑塑性将会高估结构的鲁棒性.分析桁架结构在静力与动力条件下结构的鲁棒性,验证了H∞鲁棒性评价指标可以合理有效地反映结构的鲁棒性.结果表明,增大结构的冗余度、提高关键构件的承载力储备可以增强结构的鲁棒性,而外部荷载和结构本身的属性的波动将降低结构的鲁棒性.     

环状折线桁架体育场挑篷结构的性能研究

根据大型体育场的特点和要求,提出一种新型体育场挑篷结构形式.该结构由相邻两榀桁架上下错动而成.分析其固有频率和温度内力分布,表明该结构整体刚度大,温度内力较小,可充分发挥材料的强度.对桁架的榀数、厚度及高差进行参数分析,计算比较用钢量、刚度,验证其具有较大的平面外刚度,并给出合理的设计参数.分析在地震作用下结构内力的分布,说明该结构具有良好的抗震性能.与国家体育场比较,证明该新型结构经济性好,是一种优良的结构形式.     

大型环状索杆结构的几何非线性稳定性分析

研究了大型环状索杆张力结构这一新结构的几何非线性稳定性能，为其应用于实际工程提供了理论基础，采用索元、梁元、杆元混合非线性有限元法，探讨了10种布索工况以及不同矢跨比下结构的几何非线性稳定性。结果表明，适当地布索可显著地提高结构的稳定性，同时布置环索和斜索或者同时布置环索和径向索时结构的承载能力分别是无索时的8．9倍、8．75倍，其中内环索对结构稳定性能的影响尤为重要；此外，在矢跨比为7／30左右时，该结构有最佳的稳定性能。     

自由曲面索承网格结构的合理布索位置研究

为了给出自由曲面索承网格结构的合理布索位置,首先,将上部网格结构作为连续体,基于鲁棒性定量评价指标,采用改进的大爆炸算法,进行拓扑优化,获得自由曲面的鲁棒构型;其次,利用Hough变换对鲁棒构型进行检测,在布索数量确定后,提取决定布索曲线方向的参数;最后,对布索曲线上的全部节点进行试算,优化出布索曲线端点。算例表明,该方法可为复杂自由曲面索承网格结构优化出基于力学原理的合理布索方案,同时,通过与直观布索方案的对比,证明了本文求得的布索方案具有更好的力学性能,可为实际工程应用提供参考。     

折板式网壳结构的抗震及减震研究

采用振型分解反应谱法对折板式网壳结构的动内力作了分析，计算了结构厚度、坡度等参数对动内力的影响，另外对用振型分解反应谱法和时程分析法计算的结构动内力作了比较。最后，探讨了采用粘弹性支座对四肢腿折板式网壳结构的减震效果。     

布索对加肋穹顶索杆结构动力性能影响的研究

本文提出的加肋穹顶索杆结构是一种极有潜力的新型空间结构，为深入了解该类结构的特性，使其能应用于工程实践，对它的动力性能进行了分析．文中采用于空间迭代法及时程法对结构进行计算．首先分析了各种布索下的结构频率及布索但不施加预应力情况下结构的动力性能；接着对结构在7种布索工况下的动内力进行了分析，取得了不同位置的索对结构刚度影响的差异；最后，为进一步探讨该种结构的动力性能，分别就5种矢跨比下结构的动内力进行了比较和分析，取得了结构内力变化相对平缓的结果．由此得出了索的不同布置对结构频率有明显影响；结构布索时应施加预应力，否则将遭到动力破坏；以及斜向索对提高结构刚度作用明显，而矢跨比影响别较小等重要结论．