《自由曲面空間結構的形態創構與力學性能研究》是依託哈爾濱工業大學，由崔昌禹擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自由曲面空間結構的形態創構與力學性能研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：崔昌禹
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自由曲面是現代空間結構發展的方向之一,而如何在創造新穎建築造型的同時確保結構受力的合理性,則是現代工程技術領域的一個難題。以結構形態學理論和數值分析技術為基礎的形態創構思想的提出為解決這一難題提供了有效的途徑。研究表明,採用形態創構方法不僅可以實現結構受力的合理性,而且可以創造出意想不到的優美建築形體。本研究擬在以往工作的基礎上,針對空間結構的形態特點，開展深入細緻的研究,力爭提出一套完整、實用的自由曲面空間結構形態創構理論與方法。具體研究內容包括：自由曲面空間結構的巨觀幾何形態創構和構件拓撲形態創構。此外，在以上兩部分工作的基礎上，還擬對自由曲面空間結構的力學特性和失效機理進行數值模擬和實驗研究，為進一步確定該類結構的可靠度指標奠定基礎。希望通過本項目研究，提升我國在結構形態學領域的整體研究水平，使我國空間結構向更加健康、更富於活力的方向發展。
結題摘要
基於NURBS曲面技術，提出了一套自由曲面結構形態創構系統理論和方法。主要內容包括：1. 建立以控制點為基和以權重因子為基的廣義坐標系下的結構應變能敏感度確定方法。這為自由曲面空間結構形態創構提供理論基礎; 2. 基於NURBS曲面擬合技術的形態創構方法。設定了三種形狀控制變數：控制點、權因子以及曲面上的少量已知點，比較了這三種控制變數調整策略的特點和適用範圍。提出了基於曲面形狀多參數調整策略的形態創建方法。研究表明，本方法可用於不同類型建築要求的自由曲面的形態最佳化。3.基於NURBS曲線變換技術的自由曲面結構的形態創構方法。可根據建築需要，利用應變能敏感度的性質單獨或同時調整準線與母線，產生的多樣的受力性能合理的自由曲面形狀，可為建築方案的確定提供廣泛的選擇空間。採用FORTRAN編製成自由曲面空間結構的幾何創建與最佳化程式，通過算例驗證了方法的可靠性。 由於自由曲面結構形式多樣，力學性能複雜多變，為解決這一困難，力學性能研究中提出了2種典型的曲面結構形式：全凸、凹凸模型。對結構進化過程中應變能、應力分布、靜力穩定性等力學性能進行了理論研究，同時選取具有凹凸型特徵的自由曲面結構進行試驗。理論研究結果顯示，該方法在使自由曲面結構應變能降低的同時使得結構的位移變小，應力分布趨於均勻，彎曲應力大大降低，靜力穩定性提高，對初始缺陷不敏感，極限承載力高且承載力對荷載不對稱作用不敏感等特點。通過試驗驗證了上述力學特性，並考察了自由曲面空間結構破壞形式和裂縫開展的規律。此外，在進行自由曲面結構的拓撲形態創構之後，採用離散化方法對某些傳統空間曲面殼體及部分NURBS方法創建的自由曲面連續殼體進行離散化最佳化，算例表明方法有效。 該項目的完成，將對建築與結構設計提供一種新的設計思路和工具，推動建築與結構設計由經驗型向科學型的理論設計方法轉變。創構出的自由合理的結構形式的套用，將會改善目前單一的建築景觀。方法具有重要的理論與套用價值。 項目已發表被錄用SCI期刊文章1篇，EI期刊及會議論文5篇，核心期刊文章1篇，國際會議9篇，國內會議7篇，已經投稿在審EI文章1篇，待撰寫的與試驗有關SCI和EI檢索論文各一篇。項目培養已畢業博士1名碩士4名，在讀博士2名碩士3名。參加國內和國際會議，充分了解國內外的研究現狀並宣傳結構形態創構方法的價值，與同行進行了深入的學術交流。
