新型张拉整体管道机器人运动性能

为解决传统管道机器人质量大、体积大等问题,以三杆星型张拉整体作为基本单元,设计了一种新型张拉整体管道机器人,其运动步态为纵波法运动步态.为验证新型张拉整体管道机器人的可行性,建立了五单元机器人的动力学仿真模型,研究了不同模型参数和不同工作条件下的机器人运动性能.结果表明:五单元机器人既能够在方形长直管道中按照纵波法步态平稳前进,还能通过增大斜索预应力、静摩擦系数和驱动长度以及减小动摩擦系数和驱动时间提升前进距离,但过度调整可能会引起能量输入过大和稳定性下降;机器人在管道倾斜角度大于20°时无法前进,但在单元损坏、均匀负重或圆管内前进3种不同的工作条件下,机器人均能保持良好的前进性能.

土木工程虚实结合实验教学体系化标准化矩阵构建与应用

通过引入虚拟仿真实验,可以重塑土木工程专业实验课程体系,在人才培养中起到重要支撑作用。然而,现有的土木工程专业实验教学存在体系化不足的问题,导致大量虚拟仿真实验项目重复建设,且难以融入实验教学。同时,现有的毕业生应具备的实验能力未能达到“基于高等学校土木工程专业评估(认证)标准”中的毕业要求,与实际实验能力培养要求存在一定差异。从系统化和标准化两方面,建立了包含学生专业实验能力培养核心支撑要素、学生专业核心实验能力及其关联矩阵的土木工程专业实验教学体系化标准化矩阵,介绍了体系化标准化矩阵的应用,相关成果可为土木类高校提供参考。

基于财务成本补偿的高校虚拟仿真实验教学体系优化研究

虚拟仿真实验依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,从而使实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目,克服了传统实验教学时间和空间的限制,是今后实验教学的发展方向。虚拟仿真实验项目在建设和持续运行过程中均需要投入人力和物力。建立虚拟仿真实验教学体系有助于集中资源提升项目质量,从而革新现有实验教学体系,提高实验教学效果。然而,高校现有虚拟仿真实验教学体系缺乏必要的反馈机制,导致项目良莠不齐,无法充分发挥虚拟仿真实验教学的优势。本文从财务成本补偿角度出发,为现有虚拟仿真项目提供财务成本补偿反馈。高校应通过对虚拟仿真实验项目财务管理的可行性进行分析,实现优质虚拟仿真实验项目的自我造血功能,并淘汰无法实现成本补偿的项目,最终实现高校虚拟仿真实验教学体系的优化。

带缝钢板剪力墙弹塑性简化分析模型

基于带缝钢板剪力墙的基本受力特点和变形特征,提出了一种弹塑性简化分析模型,并分别定义了模型的几何参数与非线性参数。为验证简化模型的正确性,分别对带缝钢板剪力墙以及钢框架-带缝钢板剪力墙结构进行Pushover分析。分析结果表明:简化模型计算得到的荷载-位移曲线与试验及有限元分析结果较为接近,可反映带缝钢板剪力墙的主要受力特征;简化模型可较为准确地反映协同工作时墙板对周边框架的附加作用力。

框架-新型带缝钢板剪力墙抗震性能数值分析

蝶形和梭形两种不等高开缝形式的钢板剪力墙可以在提高墙板刚度和极限承载力的同时,保证其耗能性能不降低。本文将这两种新型带缝钢板剪力墙应用于钢框架结构中,采用数值模拟的方法对其滞回性能及耗能性能进行研究,并与内嵌传统等高开缝钢板剪力墙的框架结构进行对比分析。将壁式框架等代模型用于模拟不等高开缝钢板剪力墙受力特性,并将计算结果与ABAQUS壳单元计算结果进行对比。结果表明:相对于传统开缝钢板剪力墙而言,内嵌新型开缝钢板的框架结构的抗侧刚度和极限承载力均有显著提高,且具有良好的耗能性能;柱轴心压力对结构刚度影响不大,且对承载力的影响能控制在20%以内,对耗能性能影响不大,只是导致结构提前丧失工作能力;壁式框架等代模型可以较准确地模拟不等高开缝钢板剪力墙的受力特性。

不等高开缝钢板剪力墙滞回性能分析

针对带缝钢板剪力墙开设竖缝后抗侧刚度和极限承载力大幅削弱的问题,提出蝶型和梭型2种不等高开缝形式,采用数值模拟的方法对不等高开缝钢板剪力墙的弹塑性屈曲性能及滞回性能进行研究,并与传统等高开缝钢板剪力墙进行对比分析。结果表明:通过不等高开缝形式提高带缝钢板剪力墙极限承载力和抗侧刚度的效果可观,极限承载力的增幅能达到15%以上,抗侧刚度的增幅能达到40%以上;对比传统开缝形式,蝶型开缝改善墙板延性,梭型开缝对墙板延性影响不大;蝶型开缝墙板加载前期耗能性能优越且加载后期性能下降平缓,而对于梭型开缝墙板,缝间墙肢宽度越大,则承载力越早下降到极限承载力的85%,所以此开缝形式仅适用于缝间墙肢宽度较小墙板。

侧边加劲带缝钢板剪力墙抗侧刚度及极限承载力计算

分析了侧向荷载作用下带缝钢板剪力墙面内变形时的受力特性,提出了考虑边缘加劲肋影响效应的带缝钢板剪力墙抗侧刚度计算公式,大幅提高了抗侧刚度估算公式的计算精度,利用该公式得到的计算值与有限元分析结果的误差可控制在3.5%以内.分析表明,随缝间墙肢宽度与墙板高度之比的增加或缝间墙肢高度与墙板高度之比的减小,面外变形对墙板极限承载力的不利影响增大.经合理设计,面外变形虽不足以引起墙板面外失稳,但会导致极限承载力下降,建议将这种不利影响的极限承载力折减系数考虑为0.9.将折减后的计算结果与非线性有限元分析结果进行对比,结果表明,考虑折减系数可以使得墙板的极限承载力计算公式偏于安全.这种抗侧刚度及极限承载力计算公式适用于屈曲前屈服的侧边加劲带缝钢板剪力墙.

基于免疫粒子群-齿行法的桁架结构分层优化

针对考虑应力约束、位移约束和压杆稳定约束的桁架结构进行形状和尺寸优化,提出了一种基于免疫粒子群优化算法和齿行法的桁架结构优化算法.对形状和尺寸2类耦合变量进行分层处理.内层考虑各类约束条件,利用收敛速度较快的齿行法对给定形状的结构进行截面优化,使其自重最轻,将约束问题转化为非约束问题;外层则通过全局搜索能力较强的免疫粒子群算法对结构形状进行全局搜索,得出最终优化结果.通过37杆平面简支桁架桥和25杆空间桁架2个经典算例验证了所提算法的有效性.结果表明,所提算法采用内外层嵌套搜索,能够更好地处理2类变量的耦合关系,有效缩小了解空间的范围,具有良好的优化效果和较高的搜索效率.

基于柔度法单元的钢框架结构连续倒塌分析

基于柔度法理论,运用OpenSees软件对钢框架结构的连续倒塌进行了全过程模拟分析,并采用柔度法单元对梁柱构件进行四段式划分,以实现对构件断裂的模拟.采用抽柱法,给出了结构连续倒塌的动力计算流程.以2个6层平面钢框架为数值算例,分析了结构失效点位移时程、构件塑性铰与断裂顺序,发现失效柱两侧的梁端部首先出现塑性铰,梁端断裂是框架发生整体倒塌的主要原因.最后通过与ABAQUS壳元分析结果及钢框架倒塌试验结果对比,验证了该方法的可行性与正确性,可在实际工程中应用.

基于CDIO理念的特种结构课程教学改革与实践

CDIO是当前高等教育较为先进的创新人才培养理念。基于CDIO理念,文章以东南大学土木工程专业卓越工程师的培养为目标,系统介绍了特种结构课程的改革措施,即课程的教与学以项目的形式开展,从教案、授课、研讨、考核等几个环节实施系列改革。教学实践表明,该模式有助于提高大学生的实践能力、创造能力以及团队协作能力,也能为其后续的专业课程学习、毕业设计与工作奠定良好基础。

径向开合屋盖结构运动全过程仿真模拟及参数分析

介绍基于杆系机构原理的径向整体开合屋盖结构,分析其组成、可展机理及运动特点。基于多体动力学原理,运用ANSYS及ADAMS对径向整体开合屋盖结构的运动全过程进行精细化联合仿真分析。系统考察固定屋盖刚度、轮轨间摩擦系数、轮轨间隙等参数对活动屋盖运动中固定屋盖及活动屋盖挠度、驱动力、活动屋盖连杆弯矩等指标影响。结果表明,固定屋盖刚度对闭合状态下屋盖挠度影响较大,对展开状态下屋盖挠度基本无影响;驱动力随摩擦系数增大、轮轨间隙减小而增大;各响应指标的动力现象普遍存在,波动幅度大小与摩擦系数及轮轨间隙呈正相关趋势。相关结论可为开合屋盖设计提供依据。

非计算机专业C语言程序设计课程双语教学实践

以国际化、卓越化、研究型人才培养为目标,结合非计算机专业特点,从教学资源建设、教学内容、教学方法与手段、现代化技术应用等方面对C语言程序设计课程开展双语教学改革与实践,注重英语教学及研讨型教学,并引入土木工程专业特色。学生的编程能力以及英文表达能力均得到较大提高,改革取得了初步成效,为今后的全英文课程建设积累了经验,也对非计算机专业程序设计课程的双语教学改革具有借鉴意义。

钢结构稳定原理虚拟仿真平台开发探索

基于有限元分析软件ANSYS以及VC++面向对象程序开发平台,探索开发"钢结构稳定原理"的虚拟实验平台。平台功能包括轴心受压构件、受弯构件及典型结构的失稳过程仿真,提供构件失稳模式及全过程响应的图表显示,充分比较理论解析解与数值模拟结果和规范设计公式的关系。本虚拟平台可定义长细比、边界条件、初始缺陷等基本信息,较好地实现参数化实验,便于学生操作,极大降低了实验室建设成本,缓解了由于安全保障与经费预算给实验实训教学环节带来的不利影响,有利于学生实践操作能力的培养,具有一定的经济效益和社会效益。

新型带预折痕钢板剪力墙滞回性能分析

平板式薄钢板剪力墙在侧向荷载作用下容易发生平面外屈曲,延性较差。借鉴折纸原理,提出一种新型带预折痕的钢板剪力墙,钢板由若干带折痕的子单元组成。针对子单元的几何尺寸及放置角度等参数,详细分析其对钢板剪力墙延性及滞回性能的影响。结果表明:相对于平板式钢板剪力墙,带预折痕钢板剪力墙具有较好的延性。在低周往复荷载作用下,子单元0°放置试件的滞回曲线尤为饱满。带预折痕钢板剪力墙的塑性带均沿其子单元折痕处开展,可吸收大量能量,充分发挥出钢材进入塑性耗能的特点。

蚁群算法在自适应索穹顶结构内力控制中的应用

为调控索穹顶结构形状、提高刚度、减少内力,在索穹顶结构中装入了能够改变构件长度的作动器.以结点位移、容许应力、作动杆作动范围为约束条件建立内力优化模型,目标是使结构工作状态系数f最小.利用蚁群随机搜索算法求出该优化模型的最优解.最后以一平面索穹顶结构为算例进行计算,验证了本算法的可行性及控制效果.此算例根据作动器安装位置的不同,分11种工况分别讨论控制效果.结果表明,蚁群随机搜索算法易于收敛,可以得出较好解;各工况的内力均不同程度地实现了优化,其中在内圈斜索设作动器的工况下,内力的优化效果最好;索穹顶结构通过杆件长度的调整,可达到形状调整、受力最优的目的.

面向土木专业人才培养的《计算机程序设计》课程改革实践与探索

本文在总结已有的《计算机程序设计》成功教学经验的基础上,紧密结合土木工程专业背景知识,以《C语言程序设计》课程为例,分别从教学内容、教学手段与方法以及教学资源建设等方面实施改革,提出一套体现专业特色的教学创新策略。教学实践表明,激发了土木工程专业学生学习的兴趣与动力,可有效训练其运用程序设计语言解决本专业相关问题的能力。

基于折纸理念的新型两边连接钢板剪力墙弹塑性屈曲分析

现有钢板剪力墙难以同时满足力学性能和耗能性能均较高的要求,针对这一问题,作者基于折纸原理,提出了3种由不同类型的折痕单元构成的新型折痕钢板剪力墙。对两边连接条件下受水平侧向荷载作用的折痕钢板剪力墙进行了弹塑性屈曲分析,详细分析了折痕形式对钢板剪力墙极限承载力、初始刚度、延性等弹塑性屈曲性能的影响,并与平钢板剪力墙及压型钢板剪力墙进行了对比。结果表明,折痕形式对钢板剪力墙的各项屈曲性能有较大影响,折痕的引入会显著降低钢板剪力墙的初始刚度,但对极限承载力的削弱程度相对较小,与压型钢板剪力墙相比极限承载力最大削弱12.65%。塑性铰率先出现在钢板剪力墙折痕处,且折痕引导了塑性开展过程。折痕的引入有效避免了钢板剪力墙发生整体面外失稳,提高了板件的延性。3种折痕钢板剪力墙的延性相较于平板和压型钢板剪力墙均有不同程度的提高,最高为平钢板剪力墙的8.2倍、压型钢板剪力墙的5.2倍。C型折痕单元所组成的折痕钢板剪力墙在侧向荷载作用下能够形成完整的折叠变形模式,塑性开展得更为均匀和充分,其对试件延性的提升相较于其他两种折痕钢板剪力墙更大,是其他两种折痕钢板剪力墙的2倍左右,且在地震后期仍具有较高的承载力。带塑性铰引导机制的新型钢板剪力墙具有良好的抗震性能,为结构提供耗能性能的同时持续为结构提供抗侧力,在结构抗震方面具有较好的利用前景。

面向几何坐标的张拉整体结构找形算法

提出一种可满足给定几何坐标的张拉整体结构找形方法.从结构平衡方程的2种不同形式出发,借助平衡矩阵奇异值分解与力密度矩阵特征值分解后得到的正交向量,分别构造自应力及几何坐标,并引入节点坐标作为约束条件,给出基于构件自应力与节点坐标非线性迭代的求解技术及其算法流程.结果表明,只需给出结构拓扑连接关系及若干已知节点坐标,找形算法便可用于寻找满足给定几何外形的张拉整体以及新的非规则张拉整体形式.

基于机构位移模态的受荷可展结构平衡状态找形方法

基于欠约束机构和过约束机构的共性,提出了一种运用内部机构位移分析受荷可展结构平衡状态的找形方法.通过建立体系的势能函数,利用最速下降原理,推导了机构位移模态的组合系数,以确定荷载作用下可展结构的运动方向.机构位移模态可由可展结构的平衡矩阵经奇异值分解求得.给出了非线性找形算法的详细流程,并推导了平衡状态判定公式.最后,以空间铰接杆系机构与径向可开启结构为数值算例,实现了找形过程的运动模拟及平衡状态的确定,并探讨了可开启结构在不同荷载模式下的展开率.研究表明,基于机构位移模态的找形算法具有很好的准确性及稳定性.

土木工程虚拟仿真实验教学资源的建设

以东南大学土木工程虚拟仿真实验教学中心的教学资源建设为例,介绍虚拟仿真实验教学资源如何在高校土建类专业人才培养过程中发挥特长与优势,以及东南大学构建多层次、模块化的虚拟仿真实验教学资源体系,服务于本科土建类专业人才能力培养的建设思路。介绍了"三层次、四模块、五结合"的实验教学体系,重点对"四模块"的虚拟仿真实验给出实验实例。