仿生学原理在空间结构中的应用

自然界中现存的生物物种大多数都是经过漫长的生物进化和自然选择后保留下来的,它们在结构、形态和功能等方面得到了全面优化。为改善自己的生存条件和生活质量,人类已将这些生物物种的优点广泛应用于各种空间结构体系的仿生设计中。通过将现有的一些空间结构体系与它们在自然界中的生物原型进行对比,以更好地理解它们的仿生学原理,并在将来发展新型空间结构仿生体系时加以借鉴。

高层建筑中的仿生学原理及应用

自然界中的生物经过漫长的生物进化和自然选择后,大多都具有优美的外形、合理的结构和独特的功能。建筑师们从这些生物身上得到灵感,已设计出许多美观实用的高层建筑。将一些高层仿生建筑与其在自然界中的生物原型进行对比,以阐明形态仿生、结构仿生、功能仿生及生态仿生的原理,从而更好地理解高层仿生建筑的设计内涵,为将来进一步发展高层仿生建筑提供参考。

采用应变差分离法的新型协同转动三边形曲壳单元

发展了一种能够解决结构大位移、大转角问题的新型协同转动三边形曲壳单元.不同于现有的其他协同转动有限元法,本单元有如下特色:1)采用了矢量型节点转动变量,它们是单元节点处曲壳中面法向矢量的2个较小分量;2)所有的节点变量在增量求解过程中都是采用简单的加法进行更新的;3)单元的切线刚度矩阵是通过计算单元应变能对节点变量的二阶微分得到,且节点变量间的微分次序是可互换的,因而得到的切线刚度矩阵是对称的.为消除可能出现的闭锁现象,在计算单元应变能时引入了假定膜应变和假定剪切应变.这些假定应变采用应变差分离法计算,它们不影响单元切线刚度矩阵的对称性.通过对4个典型算例的分析,验证了单元的可靠性、计算精度和计算效率.

稳定化的新型协同转动四边形曲壳单元

发展了一种新型协同转动9节点四边形曲壳单元。在单元中采用了矢量型转动变量,它们是节点处中性面法向矢量的两个较小分量,在增量求解过程中它们的增量是采用简单的加法直接累加的,因此在更新切线刚度矩阵时可以提高单元计算效率和简化计算过程。不同于现有的其它协同转动有限元公式,本单元的切线刚度矩阵可以通过计算应变能或能量混合泛函对节点变量的二次微分得到,且节点变量的微分次序是可以互换的,因而得到的单元切线刚度矩阵是对称的。为消除或减轻闭锁现象的不利影响,采用了降阶积分法来计算单元内力矢量和切线刚度矩阵,并采用稳定化方法消除可能出现的伪零能模态。多个算例的分析结果表明:本文发展的9节点四边形曲壳单元的可靠性、收敛性和计算精度是令人满意的。