圆柱面Kelvin多面体空间刚架结构的几何构成与受力性能研究

论文摘要

构成多面体空间刚架结构的基本单元是能够密实填充三维空间的多面体。“水立方”结构几何形体的基本模型是基于Weaire-Phelan多面体组合建立起来的。除类Weaire-Phelan多面体外,有一些多面体或多面体组合也能通过空间阵列组成很密实的堆积体来填充整个三维空间,如立方体、截顶正8面体、菱形12面体和大菱形截半立方体、截顶正8面体与立方体以1：1：3的比例形成的组合都能形成密实的堆积体。本文选用较简单的截顶正8面体（Kelvin多面体）所构成的多面体空间刚架进行系统研究。首先,论文通过图形解析研究了Kelvin多面体空间刚架的几何构成,Kelvin多面体空间刚架结构的构成需要经过Kelvin多面体单元的组合、阵列、旋转、切割等过程。其次,本文对平板型Kelvin多面体空间刚架的静力性能作了简单的分析。静力性能的分析模型选用简单的平板型刚架,在跨度一定的条件下,研究切割面位置、边界约束条件和旋转角度对结构静力性能的影响。第三,文章着重对圆柱面Kelvin多面体空间刚架的静力性能进行了系统的研究。将平板型Kelvin多面体空间刚架弯曲起拱,形成圆柱面Kelvin多面体空间刚架,并着重对其静力性能进行了系统的有限元分析,详细讨论了切割面位置、边界约束条件、旋转角度和荷载分布情况对结构静力性能的影响。第四,本文介绍了网壳结构非线性全过程分析的理论和方法。文章通过特征值屈曲分析和非线性稳定分析对圆柱面Kelvin多面体空间刚架结构的失稳形态和稳定性能进行了研究,获得了结构的屈曲模态、基于几何非线性的荷载一位移曲线以及结构的稳定极限承载力。综上,文章对圆柱面Kelvin多面体刚架结构的几何构成和受力性能作了详细的研究,得出了一些有意义的结论。研究成果对大跨空间结构的选型和稳定性设计和分析有一定的参考价值和工程指导作用。最后,论文指出了需要继续研究的方向,以便能让这种全新的结构得到广泛的接受和应用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 背景资料
• 1.2 "水立方"多面体空间刚架结构的几何构成
• 1.3 "水立方"多面体空间刚架结构的特点
• 1.4 "水立方"多面体空间刚架带给我们的启示
• 1.5 本文的主要工作
• 2 Kelvin多面体空间刚架的几何构成
• 2.1 Kelvin多面体单元和堆积体
• 2.2 Kelvin多面体堆积体的旋转和切割
• 2.3 Kelvin多面体刚架的弯曲起拱
• 3 平板Kelvin多面体刚架的静力性能研究
• 3.1 确定分析模型
• 3.2 不旋转的平板Kelvin多面体刚架的静力性能
• 3.2.1 模型在下弦四角点支承情况下的计算结果及分析
• 3.2.2 模型在下弦两侧边支承情况下的计算结果及分析
• 3.3 旋转的平板Kelvin多面体刚架的静力性能
• 3.3.1 模型在下弦四角点支承情况下的计算结果及分析
• 3.3.2 模型在下弦两侧边支承情况下的计算结果及分析
• 3.4 本章小结
• 4 圆柱面Kelvin多面体刚架的静力性能研究
• 4.1 确定分析模型
• 4.2 不旋转的圆柱面Kelvin刚架在全跨荷载作用下的静力性能
• 4.2.1 下弦四角点支承时刚架的计算结果及分析
• 4.2.2 下弦两侧边支承时刚架的计算结果及分析
• 4.3 不旋转的圆柱面Kelvin刚架在半跨荷载作用下的静力性能
• 4.3.1 下弦四角点支承时刚架的计算结果及分析
• 4.3.2 下弦两侧边支承时刚架的计算结果及分析
• 4.4 旋转60度的圆柱面Kelvin刚架在全跨荷载作用下的静力性能
• 4.4.1 下弦四角点支承时刚架的计算结果及分析
• 4.4.2 下弦两侧边支承时刚架的计算结果及分析
• 4.5 旋转60度的圆柱面Kelvin刚架在半跨荷载作用下的静力性能
• 4.5.1 下弦四角点支承时刚架的计算结果及分析
• 4.5.2 下弦两侧边支承时刚架的计算结果及分析
• 4.6 本章小结
• 5 圆柱面Kelvin多面体刚架的稳定性能分析
• 5.1 概述
• 5.2 屈曲类型及分析方法
• 5.2.1 两类屈曲问题
• 5.2.2 全过程分析方法
• 5.3 模型的选取及建立
• 5.4 特征值屈曲分析
• 5.5 非线性稳定性分析
• 5.5.1 几何非线性分析
• 5.5.2 重非线性分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历