大型索网结构网面形状优化设计

【摘要】： 索网结构的分析与一般刚性结构的分析不同。刚性结构的分析一般是在已知结构形状的基础上进行;而对于柔性的张拉结构,在没有施加预应力之前没有刚度,其形状是不确定的,必须通过施加适当预应力赋予一定的形状,索网结构才能承受外载荷。在给定的边界条件下,给索网结构所施加的预应力的分布和大小同所形成的结构初始形状是相互影响的。如何合理地确定这一初始形状和相应的自平衡预应力系统,即“索网结构平衡态的确定问题”,是索网结构设计的关键技术问题。 本文在已知索网边界约束条件和结构拓扑条件下,主要研究索网网面形状确定问题。探讨了索单元类型的选择及单元长度的划分原则;基于有限元分析软件ANSYS,建立了某索网体系的有限元模型,并分析了影响索网性能的主要因素;以索杆单元预张力及索杆横截面积为设计变量,以网面精度及应力分布均匀程度为目标函数,以强度等为约束条件,建立了确定索网结构平衡态的双目标带约束的优化模型。以所建立的索网体系为例,通过逆迭代方法对其进行了分析求解。算例结果表明,网面精度能很好的满足设计要求,应力分布均匀,说明了文中所用的逆迭代算法的有效性。由不同的算例可验证本文所建立的优化模型具有一定的通用性。