自由曲面结构形态创构方法——高度调整法的建立与其在工程设计中的应用

曲面结构(如壳体)的受力性能主要取决于结构的曲面形状。在实际工程中,常规的简单曲面一般较难有效满足结构的受力合理性。利用曲面高度参数与结构应变能之间的关系,提出了一种自由曲面创构方法来保证结构达到“薄”而“刚”的统一。该方法基于有限元法,通过计算应变能对曲面高度的微分,并根据应变能变化的敏感程度对曲面高度进行调整,最终得到一个结构应变能最小的合理结构形态。利用该方法,可以通过调整设计参数(约束条件,空间条件)得到多种合理曲面形态,供设计人员参考。同时,也可以对建筑意图所设定的初始形状进行修改,求得近似合理的结构几何形状。工程设计实例表明,该方法所得到的曲面结构基本以薄膜应力为主,而且能保证足够的刚度。