空間結構形態學基礎理論與方法研究

《空間結構形態學基礎理論與方法研究》是依託浙江大學，由羅堯治擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：空間結構形態學基礎理論與方法研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：羅堯治
• 項目類別：面上項目

項目摘要

結構形態學是從整體上研究建築形狀與結構受力之間的關係，目的在於尋求二者的協同統一。結構的形態問題一直是建築師和結構工程師最為關心的問題之一，尤其是對空間結構來說。隨著社會的不斷進步，結構形態的多元化與複雜化已成為現代空間結構的特徵之一。本項目針對當前空間結構形態學研究中的兩大核心問題- - 複雜空間形態的構建與設計及可變結構形態的分析與控制問題，展開相關基礎理論與共性技術研究。綜合運用計算機輔助幾何設計、逆向工程、能量原理、最佳化控制等理論方法與技術手段，建立空間自由曲面形態及空間複雜多面體形態的數位化造型與分析設計技術，完善基於彈性變形與機構位移耦合分析的可變結構形態統一分析理論，提出了基於長度可變單元及隨機搜尋算法的空間結構形態最佳化控制方法。這些問題的解決將在理論上填補傳統理論與方法的空白，在實踐中促進自由形態結構與可變形態結構在相關領域的套用。

結題摘要

本項目針對複雜空間形態的構建與設計及可變結構形態的分析與控制問題，綜合運用計算機輔助幾何設計、逆向工程、套用數學、最佳化控制等理論方法與技術手段展開研究，主要取得了四個方面的成果：（1）系統建立了的空間自由曲面形態及空間複雜多面體形態的數位化造型與分析設計方法，提出了基於3D掃描的空間格線結構逆向建模方法，實現空間格線自由曲面從實物到數字模型的轉化。提出了一種適用於空間自由曲面格線生成的等參線分割法，通過在曲面上提取等參線並以桿件長度相等為條件分割等參線，進而確定每行格線的參數域節點，生成格線。（2）基於隨機搜尋算法的找形、找力、索力最佳化控制方法，將張力空間結構的形態分析問題和形態控制問題轉化為數學上的組合最佳化問題，建立相應的約束最佳化模型，針對該組合最佳化問題搜尋空間大，目標函式有變數之間無顯式函式關係的特點，構建改進的隨機搜尋方法求解，解決了大型複雜張力空間結構的形態分析及形態非線性控制的難題。（3）基於向量式結構力學的空間結構複雜行為分析方法，以向量式結構力學為理論基礎，以有限質點法為分析手段，分別從結構的幾何破壞、材料破壞、構件斷裂，以及接觸碰撞四個方面，研究空間結構形態分析中的強非線性和不連續行為。（4）發展與完善了基於雙鏈形連桿機構的空間可展結構分析與設計的基本理論與方法，發展了機構加法這種構造方法，得到了一類新類型機構，系統研究了雙鏈形連桿機構模組組合問題，給出了兩類基於DC組合模組的旋轉開合結構，提出了一種新穎的帶定點運動的圓形及類橢圓形旋轉開合結構的設計方法。