超椭球大跨空间网壳参数化设计及优化
发布时间：2025-05-06 23:20
数字化建筑背景下计算机技术正重塑建筑行业及与之相关的结构工程领域。参数化设计是计算机辅助设计发展到一定阶段的产物,它的出现不仅改变了建筑师的设计方式,也在改变结构工程师与建筑师协同工作的方式。作为与建筑形体紧密相关的结构形式,大跨空间网壳结构是研究结构设计与建筑设计在参数化设计平台上协同设计的理想对象。为了研究大跨空间网壳结构设计实践中结构设计与建筑设计的相互作用,本文以超椭球大跨空间网壳结构为研究对象采用分层设计的设计方法,做了以下工作:(1)利用C#计算机语言编程实现了跨平台的结构参数化设计。在总结现有分析现有建筑参数化设计与结构设计相结合的工作的基础上,确立了采用跨平台法,紧接着基于Grasshopper用户开发功能通过SAP2000API连接了主流参数化平台Grasshopper和商业有限元分析软件SAP2000。(2)研究了超椭球大跨空间网壳的形体优化设计。在Grasshopper上建立超椭球网壳形体的建模逻辑,并将其封装成插件电池,接着结合建筑找形的优化策略法构建了超椭球大跨空间网壳结构的形状优化模型,并探讨了基于结构性能调整建筑形体控制参数的方法,然后考虑超椭球大跨空间网壳...
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号变量表
1 绪论
1.1 研究背景、目的和意义
1.2 研究现状
1.2.1 大跨空间网壳结构
1.2.2 建筑参数化设计
1.2.3 大跨空间网壳结构优化
1.2.4 结构参数化设计
1.3 存在的问题和对策
1.3.1 问题解析
1.3.2 研究方法
1.3.3 研究工具
1.3.4 研究对象简介
1.4 论文内容和章节安排
2 超椭球网壳的形状优化设计
2.1 引言
2.2 超椭球面形体建模
2.2.1 建模方法
2.2.2 建模逻辑
2.3 形状优化设计的计算机实现
2.3.1 基本框架
2.3.2 数学优化模型
2.3.3 数值计算条件
2.3.4 多目标遗传算法的选择
2.4 形状优化设计的算法
2.4.1 基于结构性能调整建筑形体的探讨
2.4.2 NSGA-II算法的改进
2.5 形状优化设计的结果分析
2.5.1 针对网壳高度和z-向半径的形状优化设计
2.5.2 针对形状指数的形状优化设计
2.5.3 针对四个控制参数的形状优化设计
2.5.4 结构性能及评价
2.6 本章小节
3 超椭球大跨空间网壳的拓扑优化设计
3.1 引言
3.2 参数化网壳拓扑方案优化
3.2.1 参数化拓扑优化
3.2.2 网格拓扑方案
3.3 拓扑优化设计的优化设置
3.3.1 数学优化模型
3.3.2 数值计算条件
3.3.3 目标函数和约束条件
3.4 基于多种群多目标遗传算法的网壳拓扑遴选
3.4.1 多种群多目标遗传算法
3.4.2 计算结果分析
3.5 针对结构效率与结构体积的多目标网壳拓扑优化设计
3.5.1 肋环形椭球面双层网壳的拓扑优化设计
3.5.2 肋环形曲四棱锥面双层网壳的拓扑优化设计
3.6 本章小结
4 超椭球大跨空间网壳的截面优化设计
4.1 引言
4.2 大跨空间网壳结构的构件分组
4.2.1 大跨空间网壳的构件分组方法
4.2.2 截面库构建
4.2.3 构件分组流程
4.2.4 构件分组示例
4.3 大跨空间网壳截面优化设计的计算机实现
4.3.1 基本框架
4.3.2 数学优化模型与数值计算条件
4.3.3 约束条件与约束处理
4.4 基于标准遗传算法的多工况截面优化设计
4.4.1 遗传算子的选择
4.4.2 设计案例
4.5 大跨空间网壳结构截面优化设计的加速策略
4.5.1 截面调整与变异算子的改进
4.5.2 个体记录与基因库
4.5.3 结果分析
4.6 本章小节
5 与工程实例的对比分析
5.1 形状对比
5.1.1 参考方案的形状与优化结果的形状
5.1.2 差异分析
5.2 网格拓扑对比
5.2.1 参考方案的网格拓扑
5.2.2 优化结构的网格拓扑
5.2.3 差异分析
5.3 截面对比
5.3.1 参考方案的截面
5.3.2 优化结果的截面
5.3.3 差异分析
5.4 本章小节
结论
参考文献
附录A 超椭球网壳形体参数化电池核心代码
附录B 改进的NSGAII算法中约束处理核心代码
附录C 某大跨空间网壳结构网格拓扑参数化电池核心代码
附录D 重新公式化后参数化拓扑优化设计流程核心代码
附录E 截面分组核心代码
附录F 非自制图片来源
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：4043243
【文章页数】：132 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
符号变量表
1 绪论
1.1 研究背景、目的和意义
1.2 研究现状
1.2.1 大跨空间网壳结构
1.2.2 建筑参数化设计
1.2.3 大跨空间网壳结构优化
1.2.4 结构参数化设计
1.3 存在的问题和对策
1.3.1 问题解析
1.3.2 研究方法
1.3.3 研究工具
1.3.4 研究对象简介
1.4 论文内容和章节安排
2 超椭球网壳的形状优化设计
2.1 引言
2.2 超椭球面形体建模
2.2.1 建模方法
2.2.2 建模逻辑
2.3 形状优化设计的计算机实现
2.3.1 基本框架
2.3.2 数学优化模型
2.3.3 数值计算条件
2.3.4 多目标遗传算法的选择
2.4 形状优化设计的算法
2.4.1 基于结构性能调整建筑形体的探讨
2.4.2 NSGA-II算法的改进
2.5 形状优化设计的结果分析
2.5.1 针对网壳高度和z-向半径的形状优化设计
2.5.2 针对形状指数的形状优化设计
2.5.3 针对四个控制参数的形状优化设计
2.5.4 结构性能及评价
2.6 本章小节
3 超椭球大跨空间网壳的拓扑优化设计
3.1 引言
3.2 参数化网壳拓扑方案优化
3.2.1 参数化拓扑优化
3.2.2 网格拓扑方案
3.3 拓扑优化设计的优化设置
3.3.1 数学优化模型
3.3.2 数值计算条件
3.3.3 目标函数和约束条件
3.4 基于多种群多目标遗传算法的网壳拓扑遴选
3.4.1 多种群多目标遗传算法
3.4.2 计算结果分析
3.5 针对结构效率与结构体积的多目标网壳拓扑优化设计
3.5.1 肋环形椭球面双层网壳的拓扑优化设计
3.5.2 肋环形曲四棱锥面双层网壳的拓扑优化设计
3.6 本章小结
4 超椭球大跨空间网壳的截面优化设计
4.1 引言
4.2 大跨空间网壳结构的构件分组
4.2.1 大跨空间网壳的构件分组方法
4.2.2 截面库构建
4.2.3 构件分组流程
4.2.4 构件分组示例
4.3 大跨空间网壳截面优化设计的计算机实现
4.3.1 基本框架
4.3.2 数学优化模型与数值计算条件
4.3.3 约束条件与约束处理
4.4 基于标准遗传算法的多工况截面优化设计
4.4.1 遗传算子的选择
4.4.2 设计案例
4.5 大跨空间网壳结构截面优化设计的加速策略
4.5.1 截面调整与变异算子的改进
4.5.2 个体记录与基因库
4.5.3 结果分析
4.6 本章小节
5 与工程实例的对比分析
5.1 形状对比
5.1.1 参考方案的形状与优化结果的形状
5.1.2 差异分析
5.2 网格拓扑对比
5.2.1 参考方案的网格拓扑
5.2.2 优化结构的网格拓扑
5.2.3 差异分析
5.3 截面对比
5.3.1 参考方案的截面
5.3.2 优化结果的截面
5.3.3 差异分析
5.4 本章小节
结论
参考文献
附录A 超椭球网壳形体参数化电池核心代码
附录B 改进的NSGAII算法中约束处理核心代码
附录C 某大跨空间网壳结构网格拓扑参数化电池核心代码
附录D 重新公式化后参数化拓扑优化设计流程核心代码
附录E 截面分组核心代码
附录F 非自制图片来源
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢
本文编号：4043243
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/chengjian/4043243.html
