桁架结构模型的优化设计[外文翻译].rar

附件C：译文
桁架结构模型的优化设计

Jeffrey Smith Jessica Hodgins Irving Oppenheim
卡耐基-梅隆大学 卡耐基-梅隆大学 卡耐基-梅隆大学
Andrew Witkin
皮克斯动画工作室

摘要
作为一类既通用而又复杂的建筑结构，我们提出了一种设计桁架结构的方法，这种方法采用非线性的优化方法。桁架结构普遍存在于现代的工业化社会中，它的外形可以是桥，塔、屋顶支座或是建筑的骨架体，正是因为它如此复杂，所以想要通过手工来对它们进行模型化是极其费时和繁琐的。我们可以把桁架视为由销连接的刚性的杆件组成的一个整体，这些杆件可能在我们进行优化设计计算时改变它们原有的位置。我们通过设计变量中包含各结点的坐标以及各桁条的强度，我们就可以同时对桁架的几何特性和大部分的结构进行优化。在文章中我们列出了我们倡导的优化方法的技术细节，还了它的用途进行举例说明，同时也没有忽略和其真实结构进行比较分析。
CR类别：I.3.5[计算机制图]：计算机几何学和目标建模——基于实体建模；G.1.6[数值分析]：优化——非线性编程；G.1.6[数值分析]：优化——约束优化
关键字：基于实体建模，桁架结构，约束优化，非线性优化

1 引言
计算机制图领域经常遭遇的挑战是复杂人造结构现实模型的创建。对这个问题的一般解决方法是用手工建立这些模型，但是这种方法费时，其中参考图象不是可利用的，可以说很难满足我们的视觉要求。本文提出基于结构工程领域实践的一种快速创建桥以及塔等的虚拟和现实桁架结构的方法，这种方法只需简单的优化方法和很少地人力。
“桁架结构”是一类用途广泛的人造结构，包括桥梁（如图1），水塔，起重机，屋顶支座（如图10），建筑框架（如图2）以及临时建筑框架。桁架的效用及它的独特外观归因于它简单的结构：仅承担轴向载荷的杆（桁条），通过焊或绞同心的连接在一起。