对话刘玉龙、姚激:健康构筑,治愈之力

《建筑实践》(AP)您与医疗建筑是如何结缘的?您的学习和从业背景与您在医疗领域的实践如何互相作用?刘玉龙我与医疗建筑的结缘和客观的工作需要密切相关,90年代,许多高校在加强学科全面性建设,清华大学恢复了文科,强化了理科,同中央工艺美术学院合并成立了美术学院,最后一步就是希望建设医科,当时的想法是从零创办医学院,建设一个小而精的医学学科。结合学校的发展需要,我的导师关肇邺先生让我做一个医学建筑方面的研究,因而我参与到清华医学院筹建、建筑前期工作以及医学建筑研究的工作中,从此同医疗建筑结缘。可以说,我不是因为做了一个医疗建筑的设计而参与到行业里,而是我的学习背景、研究背景以及设计实践最初就与这一领域密切结合。

基于熵产理论的垂直轴风力机顺风向安装距离的研究

针对顺风向垂直轴风力机(Vertical axis wind turbine,VAWT)安装距离问题,采用熵产理论,对VAWT进行模拟,分析了风轮表面的压力、风速和涡场分布。在尾迹区域施加控制面和控制线,研究了熵产分布情况,进一步计算出能量损失系数。结果表明:迎风面的上下缘速度大小不同,造成叶片上下缘出现正负压力;背风面因捕风效果使叶片上缘负压明显,涡量主要分布在叶片前后缘处;不同相位角下,VAWT叶片尾迹区相同距离下的熵产强度分布相似;在相同相位角下,随着尾迹区距离的增加,熵产强度逐渐降低;尾迹区面能量损失系数与线能量损失系数随距离变化基本一致,线能量损失系数结果值较高。在5倍风轮直径尾迹之后,面上能量系数降低到0.01以下。能量损失系数揭示出风能恢复情况,因此在VAWT尾部5倍旋转直径距离处可以获得有效风能。研究可为优化VAWT顺风向安装距离提供理论依据。

百年文物宏恩医院隔震和顶升一体化研究

城市更新过程中文物建筑作为历史留存多被赋予新的使命,但在修缮改造中抗震加固由于范围广对文物建筑保护影响很大。对于位于高烈度区或者抗震安全需求高的文物建筑,需要合理解决建筑保护和抗震安全之间的矛盾。宏恩医院是上海市文物保护建筑,建成至今一直作为医疗场所使用,属抗震重点设防类建筑,但原结构存在体型不规则、结构转换、抗震承载力严重不足等多项抗震不利情况。为此,在文物保护基础上,对文物建筑抗震性能目标的确立、抗震加固方案比选、软土地基上隔震布置及效果评估、结构顶升阶段的安全控制以及隔震和顶升施工的结合等多个关键技术进行介绍。通过隔震顶升一体化和性能化设计实现了文物建筑抗震安全和最小干预的保护要求,对文物建筑的可持续利用和抗震韧性具有借鉴意义。

某不规则框架结构附加阻尼比计算研究

为了研究不规则框架结构附加黏滞阻尼器的附加阻尼比计算,在当前规范基础上对已有计算方法进行改进,得出了更切合不规则框架结构的附加阻尼比计算方式。为了验证改进计算方法的可行性,基于云南省某不规则框架结构进行减震计算分析。分析结果表明:在附加黏滞阻尼器后,采用单向算法及混合算法计算得到的附加阻尼比均满足本结构预期附加阻尼比要求,且在罕遇地震作用下,阻尼器耗能占地震输入总能量的比值满足20%的规范要求。

基于非牛顿血液模型预测主动脉夹层的形成

采取体外模拟主动脉血管血流情况的手段,通过使用非牛顿流体血液模型来优化血液模型,并基于双向流-固耦合进行数值模拟分析,分析一个心脏跳动周期内主动脉模型中的血流速度、血管壁面压力和血管壁面应力的分布情况,讨论其与主动脉夹层形成的关系,实践有限元软件在力学中的应用,得出血管内长期存在“杂乱”的血流分布、壁面压力和壁面应力的突变十分容易引起动脉血管壁细胞结构和功能发生改变,最终诱发主动脉夹层的形成,这为医生进行医疗诊断提供较为可靠的依据,进一步实现对患者生命健康安全的保护。

采用不同减震结构体系的RC框架结构地震易损性分析

采用消能减震技术能有效提高结构的抗震性能,而不同减震结构体系减震效果不同。为了评估不同减震结构体系下的抗震性能,本文以某6层RC框架结构为研究对象,采用基于增量动力分析法的地震易损性分析方法,分别研究了增设防屈曲约束支撑、软钢阻尼器、粘滞阻尼器3种不同减震结构体系的抗震性能。研究结果表明:在同一减震目标下,3种不同的减震结构体系均能有效控制结构的地震响应,其中防屈曲约束支撑结构在不同损伤状态下的超越概率最小,抗倒塌储备系数最大,说明该阻尼器的控制效果最佳,其次是软钢阻尼器,最后是粘滞阻尼器。

不同分析方法对风力机塔筒动力特性的研究

以云南某风场的风力发电机为例,分别采用解析法与有限元法对风机塔筒进行模态分析,得到结构的动力特性。在对比不同计算方法计算结果差异的基础上,对塔筒刚性与风轮旋转诱发的塔筒共振进行了研究。结果表明:有限元模型简化少,且计算结果丰富;结构基本对称的柔性风机塔筒在启动过程中必然出现2次瞬态共振现象;正常运营阶段,风力机风轮不会诱发柔性塔筒产生共振现象。研究为风力机塔筒的设计提供了理论依据。

垂直轴风机三维非定常流场与性能的数值模拟

应用Fluent软件求解三维非定常不可压N-S方程和RNG k-ε湍流模型,采用Simple算法,结合滑动网格技术,对垂直轴风机的三维非定常流场特性进行数值模拟研究,获得并分析不同时刻计算区域的速度场、压力场分布以及叶片上的压力分布与风轮的转矩的变化规律。研究结果表明:模型计算区域内的速度分布、流场静压、叶片表面压力分布均呈良好周期性;垂直轴风机风轮叶片周围速度梯度明显,风轮叶片在不同迎角上的作用机理不同,每个周期内垂直轴风机的总转矩曲线上升段较下降段平缓;垂直轴风机三维非定常流场的模拟结果能有效反映风机旋转过程的流场、叶片压力和转矩变化状况。

安装角变化下垂直轴风力机气动性能的研究

建立了3D垂直轴风力机模型,应用FLUENT软件求解三维非定常不可压缩N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,采用SIMPLE算法并结合滑动网格技术,数值模拟了安装角变化下垂直轴风力机的三维非定常流场,分析了不同时刻的速度、涡量分布、风力机总转矩的变化规律及风能利用系数。结果表明,计算区域流场复杂,垂直轴风力机的转矩呈周期性变化,风能利用系数随安装角变化而变化。

巴黎戴高乐机场候机楼倒塌事故原因初析

巴黎戴高乐机场候机楼空间结构倒塌是大跨空间结构破坏的一个典型例子,受到工程的普遍关注。事故调查委员会初步给出了相关调整结果,认为该结构安全度低是事故产生的直接原因。并提出为防止此类事故的发生,设计应进行更为严密的审核。可供从事复杂空间结构设计时参考。

变攻角垂直轴风力机三维定常流场数值模拟

应用Fluent软件求解三维定常不可压N-S方程,采用k-ε湍流模型和SIMPLE算法,结合MRF复合坐标系技术,模拟垂直轴风力机(VAWT)的流场特性.获得并分析了不同攻角下的速度场、压力场分布,得到风轮叶片压力分布和转矩值.结果表明绕流场模拟能有效地反应风力机不同攻角下的流场状况,可为垂直轴风力机的工程设计提供理论依据.

克田混凝土拱坝三维有限元分析研究

采用三维有限元方法对克田混凝土拱坝在多种荷载组合下的坝体应力及变形进行了计算,结果表明,坝体变形与应力及变形均符合有限元计算的一般规律,坝体最大位移在允许的范围内。坝体上游面应力偏大,但是进行有限元等效应力核算后,计算结果基本在规范允许的范围之内。

箱形基础大体积混凝土裂缝控制计算与施工

以一实际基础工程为例，通过计算，采取了相应的措施．实践证明，在施工中采取严格措施、科学管理，从而达到防止大体积混凝土中贯穿性裂缝的产生．

基于滑移网格的小型垂直轴风力机气动性能的数值模拟

建立2D小型垂直轴风机模型,采用滑移网格技术,选用k-ε RNG湍流模型、SIMPLE算法,对模型的气动性能进行了非定常数值模拟研究。分析了垂直轴风机在不同工作时刻的流场情况,研究了速度场、涡量的分布以及风力机总转矩的变化规律。研究结果表明,风力机叶片周围速度存在明显梯度,计算区域在不同时刻的速度分布呈现较大差异。在旋转区域涡量较大,随着远离旋转区域,涡量值迅速减少。垂直轴风力机旋转过程中,风力机的总转矩呈现正负交替变化。

某教学楼结构地震作用分析

校舍的通风和采光要求使得其结构形式不利于抗震设防,因此地震作用下的校舍抗震分析非常重要。文中采用有限元软件ETABS,在验证模型正确性的基础上,对某教学楼进行了多遇地震下的动力时程分析,并与振型分解反应谱法计算结果进行了对比。研究结果表明:教学楼楼层侧移和层间位移角均满足抗震规范的规定,结构抗震设计满足要求。研究结果为教学楼结构的抗震设计提供理论依据。

容重增加法分析边坡稳定性的研究

考虑岩土变形的影响,岩土体的本构关系采用完全弹塑性模型,强度采用修正的Drucker-Prager屈服准则,以边坡最大水平位移增量与计算重力加速度增量之比达到极值作为边坡破坏的标准。文中对一工程边坡的稳定性进行了分析,并利用临界破坏状态时边坡的等效塑性应变图来确定潜在滑动面,为工程设计提供了依据。

昆明某高层建筑地震反应分析与研究

采用PKPM软件,建立昆明某高层建筑的模型,并将模型导入ETABS软件,在检查模型正确性的基础上,利用ETABS软件分析了模型的动力特性以及多遇和罕遇地震作用下的地震反应,验算了结构在多遇地震作用下的最大水平位移和层间位移。研究结果为结构的设计提供了相关理论依据。

基于Newmark法分析冲击问题

本文介绍平均加速度的Newmark法分析冲击问题,分析一个算例计算出Newmark法结果。借助商业软件Ansys软件,通过积分型内点罚函数将含时间参数的不等式约束优化问题转变为一系列不含阻尼参数的无约束优化问题进行数值仿真求解。对比两者计算结果,得出结论基本一致,Newmark法计算得到的速度值较有限元值偏小。

框架结构裂缝分析

分析短柱引起的框架结构由于布置不合理产生裂缝的原因 ,比较了两种方案 ,提出因为结构设计方案不合理 ,导致在地震作用下 。

水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟

为研究水轮机内部泥沙磨损的固液两相流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的代数滑移混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对混流式水轮机全流道进行了三维定常泥沙磨损两相湍流场的数值模拟.利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了小开度工况下水轮机泥沙磨损发生的部位与程度,分析水轮机流道内泥沙磨损的特征规律,其中叶片上泥沙颗粒分布模拟结果与真机转轮实际磨损情况相符,表明该方法可以准确预测水轮机各过流部件的泥沙磨损情况,对揭示泥沙颗粒与水相互作用的固液两相湍流场诱发水轮机振动的影响机理及解决工程实际问题具有重要的意义,而且具有较高的工程应用价值.