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第1章 绪论 1

1.1 张拉整体结构 1

1.1.1 起源 1

1.1.2 发展 2

1.1.3 定义 3

1.2 形态设计 4

1.2.1 找形 4

1.2.2 找力 6

1.2.3 找拓扑 6

1.3 形态控制 7

1.3.1 静态控制 7

1.3.2 动态控制 8

1.3.3 控制路径 8

1.4 工程与科学应用 10

1.4.1 建筑结构领域 10

1.4.2 其他工程领域 11

1.4.3 生物力学领域 12

1.5 本书内容安排 13

参考文献 14

第2章 张拉整体结构体系的基本理论 20

2.1 概述 20

2.2 平衡矩阵分析方法 20

2.2.1 势能函数 20

2.2.2 奇异值分解 22

2.2.3 单元平衡矩阵 22

2.3 体系分类 23

2.3.1 传统判定准则与分类方法 23

2.3.2 新的判定准则与分类方法 24

2.3.3 与Maxwell准则的关系 26

2.4 稳定性判定 26

2.4.1 几何稳定条件 27

2.4.2 平衡稳定条件 29

2.5 小结 30

参考文献 30

第3章 张拉整体结构找形 31

3.1 概述 31

3.2 并行找形方法 31

3.2.1 数学模型 31

3.2.2 确定结构平衡态 32

3.2.3 遗传算法求解 34

3.3 算例分析 36

3.3.1 问题描述 36

3.3.2 参数设定 38

3.3.3 结果分析 38

3.3.4 物理模型验证 42

3.4 多稳态现象 43

3.4.1 基本现象 43

3.4.2 六杆钻石形张拉整体结构的多稳定形态 44

3.4.3 二十面体Z字形张拉整体结构的多稳定形态 47

3.4.4 能量关系 48

3.4.5 形态转化 48

3.4.6 激发形态转换的荷载激励 49

3.4.7 形态转换的能量阈值 49

3.5 小结 51

参考文献 52

第4章 张拉整体结构预应力优化 53

4.1 概述 53

4.2 理论模型 53

4.2.1 可行预应力 53

4.2.2 考虑构件拉压关系 54

4.2.3 考虑预应力均匀性 55

4.3 模拟退火法求解 56

4.3.1 基本原理 56

4.3.2 求解步骤 56

4.4 算例分析 58

4.4.1 静不定动定体系 58

4.4.2 静不定动不定体系 62

4.5 小结 72

参考文献 72

第5章 张拉整体结构的拓扑优化 73

5.1 概述 73

5.2 基本方法及概念 74

5.2.1 基结构法 74

5.2.2 混合整数规划 74

5.2.3 拓扑优化的两个层次 74

5.3 初始态拓扑优化 75

5.3.1 拓扑变量定义 76

5.3.2 约束条件 76

5.3.3 目标函数 79

5.3.4 优化模型 80

5.3.5 算例分析 81

5.4 荷载态拓扑优化 84

5.4.1 约束条件 84

5.4.2 目标函数 86

5.4.3 优化模型 86

5.4.4 算例分析 88

5.5 小结 91

参考文献 92

第6章 张拉整体结构的静态控制 93

6.1 概述 93

6.2 静态控制原理 94

6.2.1 线性控制 94

6.2.2 非线性控制 96

6.3 单目标优化控制 98

6.3.1 优化模型 98

6.3.2 模拟退火法求解 98

6.3.3 算例分析 98

6.4 多目标优化控制 102

6.4.1 优化模型 102

6.4.2 Pareto遗传算法求解 103

6.4.3 算例分析 107

6.5 小结 115

参考文献 116

第7章 张拉整体结构的控制路径规划 118

7.1 概述 118

7.2 基本概念与方法 118

7.2.1 概念性模型 118

7.2.2 路径跟踪 119

7.2.3 碰撞检测 121

7.3 某典型平面结构的控制路径规划 121

7.3.1 结构原型 121

7.3.2 数学模型 122

7.3.3 平面碰撞检测方法 123

7.3.4 单步规划 124

7.3.5 多步规划 125

7.4 一般结构的控制路径规划 128

7.4.1 数学模型 128

7.4.2 局部规划器 129

7.4.3 全局规划器 130

7.4.4 算例分析 132

7.5 小结 141

参考文献 142

第8章 张拉整体结构的振动控制 143

8.1 概述 143

8.2 结构机电耦合动力方程 144

8.2.1 主动单元方程 144

8.2.2 整体结构方程 145

8.3 结构系统的状态空间描述 145

8.3.1 作动方程 145

8.3.2 状态空间表达 146

8.4 优化控制策略 146

8.4.1 优化控制模型 146

8.4.2 线性二次型控制 147

8.4.3 瞬时最优控制 147

8.5 数值仿真分析 148

8.5.1 索穹顶结构 148

8.5.2 双层柱状结构 157

8.5.3 结构非线性的影响 160

8.5.4 作动器数量与布置的影响 161

8.6 小结 164

参考文献 165

第9章 结语 166

9.1 本书主要贡献及局限 166

9.2 未来发展趋势 167

参考文献 168