铸钢相贯节点多工况形状优化方法

摘要

铸钢相贯节点整体性好、应力集中水平低，在空间结构中得到广泛应用.然而，现行规范缺少此类节点的承载力计算公式，工程师需要进行有限元分析完成节点的安全校核，并通过试错寻找合理的设计方案.为提高铸钢相贯节点的设计效率与设计质量，本文首先提出了一种新的形状优化方法，基于细分曲面实现了节点参数化几何模型的构建，通过ABAQUS二次开发实现了节点的自动化有限元分析，并采用遗传算法对节点的几何形状进行调整.其次，分别采用线性加权法、折中规划法、ε-约束法和最大值最小化法4种目标合并方法构造了多工况优化问题的目标函数，将多工况优化问题转化为单目标优化问题.最后，将上述方法应用于某柱面网壳中的铸钢相贯节点.结果表明，所提出的方法能够在不显著增加节点体积的前提下，使节点峰值Mises应力下降44%～60%，有效降低了节点的应力水平.同时，4种目标合并方法中，最大值最小化法能够对各工况的受力需求做出最有效的兼顾，使节点在不同的荷载工况下具有相近的峰值Mises应力，从而使材料得到最充分的利用.

关键词

形状优化 / 多目标优化 / 铸钢相贯节点 / 细分曲面 / 遗传算法

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52178152）