[发明专利]一种外环内六角形空间网格结构装配式节点

权利要求书

1.一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：包括内环(1)、外环(2)、中心环(3)、螺栓(5)、封板(6)和连接杆件(7)，所述内环(1)和外环(2)均为圆柱，且所述内环(1)沿中心轴开设有圆形孔洞一(16)，所述外环(2)沿中心轴开设有圆形孔洞二(17)；

所述中心环(3)为六角星形柱体，所述中心环(3)包括外凸六角(14)，所述外凸六角(14)均处于同一个圆形面一上，所述中心环(3)沿中心轴开设有六角星形孔洞(18)，所述六角星形孔洞(18)包括内凸六角(15)，所述内凸六角(15)均处于同一个圆形面二上，所述外凸六角(14)的对称面和内凸六角(15)的对称面为同一个平面；所述中心环(3)安装于外环(2)的圆形孔洞二(17)中，所述圆形面一的直径等于圆形孔洞二(17)的直径，所述中心环(3)与外环(2)的中心轴在同一条直线上；所述内环(1)安装于中心环(3)的六角星形孔洞(18)中，所述中心环(3)的中心轴和内环(1)的中心轴在同一条直线上，且所述圆形孔洞一(16)的直径等于圆形面二的直径；

所述外环(2)的外圆周壁上均匀开设有第二螺栓孔(9)，所述封板(6)上均匀开设有第三螺栓孔(11)，所述螺栓(5)依次穿过第三螺栓孔(11)和第二螺栓孔(9)将封板(6)与外环(2)连接，且所述封板(6)和连接杆件(7)固定连接。

2.如权利要求1所述的一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：所述内环(1)、外环(2)、中心环(3)的整体结构是基于商用软件HYPERWORKS平台，利用拓扑优化原理，以节点应变能最小为目标函数，以连续体结构变密度法为优化算法，采用SIMP材料差值模型，以单元“单元密度”作为设计变量经过迭代优化而来；

应变能公式可表述为其中C为应变能，P＝KU，P为结构所受外荷载向量矩阵，T为矩阵转置符号，U为单元位移向量矩阵，K为刚度矩阵；

所述六角星形孔洞(18)、圆形孔洞二(17)、外凸六角(14)和内凸六角(15)主要通过所述“单元密度”与节点的材料弹性模量之间的函数关系优化得出，且所述函数关系为：

E(x_e)＝(x_e)^pE₀

0＜(x_e)_min≤x_e≤1

其中，E为单元优化后弹性模量，E₀为初始弹性模量，p为惩罚系数，(x_e)_min为材料为空时的单元密度；x_e为单元材料密度，且x_e在0～1之间连续取值，程序优化后单元材料密度x_e为[0.6，1]时保留该单元处材料，单元材料密度x_e为[0，0.6)时删除该单元处材料。

3.如权利要求2所述的一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：所述中心环(3)的外侧边缘包括曲边一(21)和弧边一(23)，所述六角星形孔洞(18)包括曲边二(22)和弧边二(24)，所述曲边一(21)符合所述曲边二(22)符合f(x)＝-1.57x²+6.78。

4.如权利要求3所述的一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：所述外环(2)的外圆周面切割成十二边形，所述十二边形包括长边(19)和短边(20)，所述长边(19)和短边(20)交错设置，所述长边(19)长度均相等，所述短边(20)长度均相等；所述长边的中垂线(12)与外凸六角(14)的中心轴在同一条直线上，所述短边的中垂线(13)与内凸六角(15)的中心轴在同一条直线上。

5.如权利要求4所述的一种外环内六角形空间网格结构装配式节点，其特征在于：所述圆形孔洞二(17)的内圆周壁上安装有内垫片(4)，所述内垫片(4)开设有第一螺栓孔(10)，且所述第一螺栓孔(10)、第二螺栓孔(9)和第三螺栓孔(11)的尺寸均相同。