[发明专利]一种基于迭代找形的网壳形状优化方法

说明书

本发明涉及一种基于迭代找形的网壳形状优化方法，包括以下步骤：1)设定网壳初始结构，获得初始节点坐标和初始轴力，并设置结构初始外荷载；2)根据当前迭代阶段的节点坐标和轴力，计算当前迭代阶段的刚度矩阵；3)采用化零置一法设置边界条件，根据当前迭代阶段的刚度矩阵、节点坐标和外荷载，通过总体平衡方程求解得到下一迭代阶段的节点坐标；4)根据下一迭代阶段的节点坐标和前迭代阶段的刚度矩阵通过单元平衡方程计算得到下一迭代阶段的轴力；5)设定收敛条件，若满足收敛条件则完成网壳形状优化，否则返回步骤2)，直至满足收敛条件。与现有技术相比，本发明具有步骤简单、收敛快速、便于调整、适用于单层、双层网壳等优点。

技术领域

本发明涉及网壳结构设计领域，尤其是涉及一种基于迭代找形的网壳形状优化方法。

背景技术

网壳结构是将杆件沿着曲面有规律地布置而组成的空间结构体系。随着结构跨度的进一步增大，以及结构造型的日益复杂化，传统的空间结构设计理念和方法难以完全满足其发展需求。因此，为避免传统设计的弊端，合理选择结构方案，以充分发挥材料性能，提高结构效率，采用工程结构的优化设计方法。

目前对于网壳结构的优化，通常分为两种：截面优化与结构形状优化，截面优化研究目前较为成熟，通常以面积作为优化参数，结构形状优化以节点坐标作为设计变量，最优的几何形状过逐步调整控制节点的位置得到。

目前国内大部分专利都是针对开发新的网壳的结构形式，比如：

中国专利“一种球面单层建筑网壳”(CN105604184A)提出一种球面单层建筑网壳通过节点合理分布设计可以产制成统一标准规格，实现可复制的快速工厂标准化生产，现场快速模块化安装；网壳整体自重轻，易于拆卸运输，易于维修维护。

中国专利“荷花形单层网壳结构”(CN106193301B)提出一种荷花形单层网壳结构，该结构包括按荷花花瓣形状布置的斜弧形主拱，斜弧形次拱、环向杆、径向直拱以及支座环杆共同构成完整的荷花形单层网壳结构受力体系。

中国专利“一种仿生螺旋网壳”(CN206039529U)中公开了一种仿生螺旋网壳，包括分别沿竖向辅助轴拉伸形成面Ⅰ号螺旋线、Ⅱ号螺旋线旋转生成平面屋盖，分别将Ⅰ号空间螺旋线、Ⅱ号空间螺旋线等次阵列，并以球冠顶点为参考点，叠加阵列图，以凯威特网壳予以过渡，形成螺旋网壳。

中国专利“双层球面网壳结构形式”(CN206245481U)公开了一种双层球面网壳结构形式，包括网格状的球面上弦层和球面下弦层，上弦层的网格分为角锥网格和抽空网格，角锥网格相邻网格均为抽空网格，抽空网格相邻网格均为角锥网格，下弦层的节点即锥顶点一般为角锥网格在下弦层的形心投影点，可根据实际情况在满足结构设计的前提下进行些许变动。角锥网格的节点通过中部腹杆与下弦层对应节点连接。此抽空选取方式在保证结构安全性的前提下，风载传力更加直接，降低结构的整体用钢量。

但在已有的相关研究中，更多是针对结构形式进行研究，没有考虑到对于网壳节点坐标的受力优化设计，缺乏广泛适用性。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于迭代找形的网壳形状优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

1.一种基于迭代找形的网壳形状优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定网壳初始结构，获得初始节点坐标和初始轴力，并设置结构初始外荷载；

2)根据当前迭代阶段的节点坐标和轴力，计算当前迭代阶段的刚度矩阵；

3)采用化零置一法设置边界条件实现刚度矩阵和结构外荷载的更新，根据当前迭代阶段的刚度矩阵、节点坐标和外荷载，通过总体平衡方程求解得到下一迭代阶段的节点坐标；