面向增材制造的索杆结构节点拓扑优化设计

论文摘要

将连续体结构的拓扑优化技术引入索杆张力结构的节点设计。以肋环人字型索穹顶结构中的若干典型节点为研究对象,使用优化程序Altair Solidthinking Inspire进行给定荷载条件下的静力拓扑优化。优化过程中,以体积约束下最大化刚度以及应力约束下最小化质量为目标。进一步提取优化结果的关键拓扑特征并在Evolve中重建模,得到受力合理、形式新颖且富有设计美感的节点。利用有限元软件ABAQUS对优化节点和原设计节点进行受力性能分析,对优化节点的力学性能作出评价。分析结果表明:对于直接提供刚度的节点,宜以体积约束下的最大化刚度作为首选优化目标;而当节点主要连接构件而不直接提供刚度时,可以最小化质量作为优化目标。最后利用增材制造技术对复杂不规则几何形状的优化节点进行实际制造。

论文目录

• 0 引言
• 1 拓扑优化方法
•   1.1 SIMP密度插值方法
•   1.2 优化问题的数学模型
•     1.2.1 以最大化刚度为目标的优化模型
•     1.2.2 以最小化质量为目标的优化模型
•   1.3 优化设计工具
• 2 分析模型
• 3 最大化刚度设计
•   3.1 外圈脊索节点
•   3.2 内圈脊索节点
•   3.3 环索夹节点
• 4 最小化质量设计
•   4.1 外圈脊索节点
•   4.2 内圈脊索节点
• 5 有限元分析
•   5.1 外圈脊索节点
•   5.2 内圈脊索节点
•   5.3 环索夹节点
•   5.4 原设计与优化设计对比分析
• 6 优化节点的增材制造
•   6.1 非金属节点的增材制造
•   6.2 金属节点的增材制造
• 7 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 赵阳,陈敏超,王震

关键词: 索杆结构,肋环人字型索穹顶,节点,拓扑优化,增材制造

来源: 建筑结构学报 2019年03期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 建筑科学与工程

单位: 浙江大学空间结构研究中心,浙江省建筑设计研究院

基金: 国家自然科学基金项目(51778567)

分类号: TU399

DOI: 10.14006/j.jzjgxb.2019.03.006

页码: 58-68

总页数: 11

文件大小: 5730K

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