Design of self-supporting surfaces with isogeometric analysis
Design of self-supporting surfaces with isogeometric analysis
复制标题
使用等几何分析的自支撑表面设计
DOI：
10.1016/j.cma.2019.05.030
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发表时间：
2019-08
影响因子：
7.2
通讯作者：
Wang Wenping
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Xia Yang;Mantzaflaris Angelos;Juttler Bert;Pan Hao;Hu Ping;Wang Wenping
自支撑表面在当代建筑中被广泛使用，但其设计仍然是一个具有挑战性的问题。本文旨在为复杂自支撑曲面的设计提供一种启发式策略。在我们的方法中，非均匀有理B样条（NURBS）曲面被用来描述光滑的自支撑曲面的几何形状。表面的平衡状态与膜壳理论推导和艾里应力内的表面被用作所提出的启发式设计策略的可调变量。用非线性等几何分析法（伊加）计算了给定应力状态下的自支撑形状。我们使用解析悬链线曲面的验证表明，该方法找到了正确的自支撑形状的收敛速度比应用NURBS基函数的程度高一个阶。边界条件试验表明，边界的影响沿着表面主应力方向传播。各种自支撑砌体结构，包括具有复杂拓扑结构的模型，使用所提出的方法构建。与现有的推力网络分析、动力松弛等方法相比，该方法充分利用了基于NURBS的伊加的优点，具有几何描述平滑、对复杂形状适应性强、计算效率高等优点。
Self-supporting surfaces are widely used in contemporary architecture, but their design remains a challenging problem. This paper aims to provide a heuristic strategy for the design of complex self-supporting surfaces. In our method, non-uniform rational B-spline (NURBS) surfaces are used to describe the smooth geometry of the self-supporting surface. The equilibrium state of the surface is derived with membrane shell theory and Airy stresses within the surfaces are used as tunable variables for the proposed heuristic design strategy. The corresponding self-supporting shapes to the given stress states are calculated by the nonlinear isogeometric analysis (IGA) method. Our validation using analytic catenary surfaces shows that the proposed method finds the correct self-supporting shape with a convergence rate one order higher than the degree of the applied NURBS basis function. Tests on boundary conditions show that the boundary’s influence propagates along the main stress directions in the surface. Various self-supporting masonry structures, including models with complex topology, are constructed using the presented method. Compared with existing methods such as thrust network analysis and dynamic relaxation, the proposed method benefits from the advantages of NURBS-based IGA, featuring smooth geometric description, good adaption to complex shapes and increased efficiency of computation.
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DOI：
10.1007/978-1-4613-4277-9_4
发表时间：
1976
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
T. Dawson
通讯作者：
T. Dawson
DOI：
10.1145/2185520.2185583
发表时间：
2012-07
期刊：
ACM Transactions on Graphics (TOG)
影响因子：
--
作者：
E. Vouga;Mathias Höbinger;J. Wallner;H. Pottmann
通讯作者：
E. Vouga;Mathias Höbinger;J. Wallner;H. Pottmann
DOI：
10.1016/b978-0-12-816945-2.00010-9
发表时间：
2021
期刊：
Mathematical Modeling of Swimming Soft Microrobots
影响因子：
--
作者：
I. Khalil;A. Klingner;S. Misra
通讯作者：
I. Khalil;A. Klingner;S. Misra
DOI：
10.1115/1.3423754
发表时间：
1975-12
期刊：
Journal of Applied Mechanics
影响因子：
--
作者：
S. Timoshenko;J. Goodier
通讯作者：
S. Timoshenko;J. Goodier
DOI：
10.1016/0016-0032(60)90299-4
发表时间：
2012
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
Liping Liu
通讯作者：
Liping Liu