面向皮肤组织工程支架的三维多孔点阵结构制备及拉伸特性研究

数字光处理(Digital Light Process,DLP)成型方法具有成型速度快、成型精度高的特点,能够较好用于微小尺寸结构的制备。因此,设计了一种以人工拓扑优化的正方体网格为单胞,并将该单胞沿空间进行周期性扩展,获得新型三维多孔点阵结构。配制了一种具有柔弹性的光敏树脂,选择DLP成型法进行实验制备。探究了DLP打印对该点阵结构成型的影响因素和成型效果,制备出了结构完整、无淤塞的样品,并通过该结构样品的单轴拉伸实验,研究其拉伸力学性能。结果表明,DLP打印所制备的该新型多孔结构,其内部孔隙清晰、连通性好,且孔隙率均达到了80%以上,拉伸断裂伸长率也均在85.6%以上,其中点阵结构3的拉伸韧性最大,其综合拉伸特性最优。该结构可广泛应用于皮肤组织工程支架、柔性电极、易碎品装夹夹具等。

ANSYS环境下基于离散变量的网架结构优化设计

以通用有限元分析软件ANSYS作为运行环境,将网架结构的杆件截面面积作为离散的设计变量,以网架结构的总质量为目标函数,同时考虑网架的强度、刚度、稳定性以及裁面尺寸等约束条件,采用一维搜索方法和改进的应力比法等优化方法,对网架结构进行了优化．工程实例计算表明:该优化算法原理简单,收敛速度快,能在保证安全的基础上降低工程造价,取得较好的优化设计结果．

碳纤维格栅结构力学性能研究

为了得到轻质高强点阵材料和预测点阵材料的力学性能,应用嵌锁工艺设计和制备了混合三角格栅。根据连续介质力学方法预测拉伸主导型点阵格栅的等效刚度。对试件进行了面内压缩试验和三点弯曲试验,对比试验刚度和试件破坏模式说明了等效连续介质理论模型的可行性和点阵材料的优越性。

大跨度胶合木结构设计探索

首先对适合于大跨胶合木结构常见结构体系的结构构成、受力特点、适用范围进行了分析,包含木桁架结构、木网架结构、木网壳结构、木拱结构以及木张弦结构等大跨胶合木结构体系。然后通过青岛胶东国际机场航站楼指廊屋盖胶合木结构等4个实际工程项目探讨了大跨度胶合木结构选型和结构设计,对比了不同结构方案力学性能指标、木材用量指标。最后针对大跨胶合木结构设计还需要进一步完善的问题,如木材本构模型、节点分析、蠕变和湿度影响以及整体稳定分析等进行了讨论。

三角形格构式塔身体型系数及屏蔽特性研究

为满足高压/特高压输电铁塔风致倒塌问题对铁塔体型系数的精准度需求,研究了完全结构化多块网格对格构式三角形输电塔塔身流场的模拟能力,探讨了不同规范体型系数对某铁塔的适用性,并分析了塔身杆件复杂流动干扰作用下的屏蔽特性。结果表明,数值模拟与风洞试验的体型系数吻合很好;完全结构化网格能高保真、高度正交地对铁塔塔身这类复杂空间桁架流场进行离散;《英国杆塔荷载规范》的规定结果虽偏于保守,但其趋势最为接近真实值;在塔身桁架结构各个杆件之间流动干扰作用下,角钢弯折角朝向来流比背向来流的屏蔽作用更强;斜材弯折角背向气流和竖向辅助材弯折角朝向气流的组合之间的流动干扰,使得其对气流的屏蔽作用最强。

自由曲面单层网格的智能布局设计研究

单层网格结构的网格划分标准不同于有限元网格的划分,它更侧重于以定性要求为标准的网格质量评价。为满足自由曲面单层网格杆件长度尽量一致、分布尽量均匀、过渡尽量流畅的要求,以自由曲面优化找形为前提,基于网格形状和单元长度的网格质量衡量标准,编制智能化网格设计程序。在整个布局设计过程中,首先通过拓扑不变的原则将空间问题转化为平面问题。其次,利用空间映射原理将在平面参考域上布置好的网格映射回三维空间曲面。最后,通过对初始拓扑网格进行智能化的修正和优化,保证所有杆件长度一致、网格布置美观的效果。通过在上海世博轴阳光谷工程中的实际应用证明,该方法操作简单,效果理想。且若采用不同拓扑关系布置的网格可以生成同样要求的最终杆件布置效果,供建筑师设计选用。

圆柱面巨型网格结构地震响应时程分析

首先推导了大跨空间结构几何非线性地震响应时程分析的计算过程,编制了相应的计算程序,然后重点对圆柱面交叉立体桁架系巨型网格结构进行几何非线性地震响应时程分析.针对主体结构单独承载及子结构参与协同承载两种情况,分析了立体桁架拱内关键节点及关键杆件的地震响应时程曲线,了解了结构基本地震响应时程特性;进行了不同方向地震波作用时程对比分析,论证了该结构抗震验算需考虑三维地震作用;最后将振型分解反应谱法与时程法结果进行了对比分析,说明了对于该结构,反应谱法可用作初步的抗震分析,但最终必须用时程法进行验算.

基于APDL语言的网架结构优化设计

本文以周边简支的斜放四角锥网架屋盖为例,将网架高度和杆件截面积同时作为离散型设计变量,以网架结构的重量为目标函数,在满足杆件截面强度、刚度、稳定以及结构变形等约束的条件下,采用一维搜索算法与改进的应力比法相结合的方式,利用ANSYS参数化设计语言APDL编制网架优化程序。实例结果表明优化后网架重量降低了约14.1%,因此该方法能取得较好的优化效果,并且简单易于操作。

基于机器学习的梯度点阵材料优化设计

点阵材料具有轻质、抗冲击、高能量吸收等特性,因而在航天飞行器承载部件设计等领域有广阔应用前景.通过对点阵材料内部杆径进行合理的梯度设计,可以提高点阵材料在高速冲击载荷作用下的动态力学性能.利用仿真模拟数据,基于随机森林模型实现了梯度点阵材料的动态力学响应预测和结构参数优化.以面心立方(face center cubic,FCC)结构梯度点阵材料为研究对象,通过对杆径参数的调整实现点阵材料密度的梯度化设计.通过LS-DYNA软件计算了密度分布不同的梯度点阵材料受到冲击载荷作用时的动态力学响应,包括冲击端面与支撑端面接触应力随时间的变化曲线.基于随机森林模型,以各层胞元的相对密度为输入,实现对点阵材料端面峰值应力的预测,并基于Gini指数分析出对不同端面处峰值应力影响最大的胞元层.将网格搜索算法与训练好的随机森林对接,分别以两个端面上的峰值应力最高作为优化目标,获得点阵材料各层胞元相对密度的最优值.模型对梯度点阵材料端面峰值应力的预测误差在5%以内.数值模拟验证结果表明,优化后所得梯度点阵材料相应端面上的峰值应力高于仿真数据集内任何结构.

基于不同网格结构的LBM算法研究

传统的格子波尔兹曼方法(lattice--Boltzmann method,LBM)通常基于标准均匀网格,这主要取决于速度的空间离散格式.均匀网格结构的特点,使LBM在处理具有复杂边界的问题时遇到较大的困难,从而限制了它的应用.另外,对于较为复杂的流动,其流场存在流动变化剧烈和平缓的区域,在流动变化剧烈的区域,往往需要足够的网格点才能更好地捕捉到流场信息,而均匀网格会使得网格数量过多,这会增加计算量,但网格数量过少又无法获得必要的流场信息,使LBM的计算效率降低.为了解决上述问题,用不同的网格结构,以顶盖驱动的腔体内流、柱体绕流和翼型绕流为例,探讨了提高LBM算法的计算效率和适用性问题.

不同滑面形式FPB对平板网架结构抗震性能的影响

摩擦摆支座(FPB)是一种目前常用的隔震支座,经过国内外学者多年研究与工程人员的长期实践发现,FPB能够有效地降低结构在地震作用下的动力响应,并且不同滑面形式的FPB对结构的隔震效果也不同。本文将FPB应用到平板网架结构中,应用Ls-Dyna有限元软件建立平板网架模型及三种不同滑面形式(球面、抛物面、悬链面)的FPB实体模型,通过分析数值结果可以得到不同滑面形式FPB对平板网架抗震性能的影响规律,为摩擦摆支座在平板网架结构中的应用提供了参考依据。

预应力钢结构学科的新成就及其在我国的工程实践

预应力钢结构作为一门新兴的应用科学从诞生、发展、壮大到今日辉煌已经历了５０年。本文回 顾了预应力钢结构学科的发展简史以及今日取得的最新成就──预应力空间钢结构的发展过程。根据这种新结 构体系在我国近年来的工程应用情况，分析了经验与教训。从促使学科健康发展的角度作者阐述了个人的观点 及建议。

浙江科技学院学生活动中心大跨度复杂折面形屋盖结构设计

浙江科技学院学生活动中心建筑造型复杂,其屋盖和幕墙共同组成的外围护体系为复杂的空间折面结构,采用了双层网架和局部单层网壳组成的空间网格结构体系。对该结构的结构构型及其支承条件进行介绍,并对结构的静力特性、动力特性和稳定性能进行了详细分析计算。分析结果表明,该结构体系是一种能充分体现结构的力学形态和优势、合理的经济指标,且满足建筑的空间视觉效果和美观要求的结构形式。

G60科创云廊单层铝合金网壳结构设计关键问题分析

介绍了G60科创云廊大跨自由曲面单层铝合金网壳结构设计中的几个关键问题,包括结构方案的确定过程、自由曲面单层网格结构的形态构建方法、网格的布置和优化、超长外露结构的温度应力,以及无覆盖网格结构风荷载的确定、盘式节点抗剪加强和刚度的考虑、网壳的整体稳定及树状柱的极限承载力分析等。结果表明,所采用的形态构建方法合理有效,能够得到受力高效且符合建筑对外形期望的理想形态;构件网格的布置符合力流走向且兼顾了透风率和构件长细比的需求;温度效应的不利影响通过取消长方向冗余构件、合理布置相对低膨胀系数的钢构件得到明显缓解;可采用实体风洞测力与数值风洞测压相结合的方式确定镂空网格结构的风荷载;增设一字或十字腹板连接板的方式可以有效加强传统盘式节点的抗剪承载力。

索支撑五、六边形网格单层球面网壳结构研究

文章利用有限元软件3D3S和ABAQUS,以六边形对角布索方案建立了跨度50m,矢跨比1/5的索支撑五、六边形网格单层球面网壳和相应的单层球面网壳的数值模型,对其杆件应力比、刚度、动力特性和稳定性进行了比较研究。结果表明,该类型索支撑单层球面网壳的力学性能均优于相应的五、六边形网格单层网壳结构;索支撑五、六边形网格单层网壳的杆件分布相对较为稀疏,具有较好的建筑视觉效果。

钢管网架杆件稳定性设计及结构动力性能分析

考虑网架结构构件稳定性设计的重要性,结合规范的相关要求,推导了网架结构圆钢管压杆稳定控制时截面设计的计算公式,算例表明该方法能避免繁琐的试算过程,便于工程设计人员进行稳定性计算及复核。分别将网架支座设置为刚铰支座及弹性支座,比较了网架结构的动力特性,并进一步分析了网架结构的地震响应,得出了相应的位移时程曲线,结果表明网架在地震作用下的挠度能满足要求。

基于ANSYS的碟式太阳能聚光器网架有限元建模

应用有限元分析软件ANSYS,根据25kW碟式太阳能热发电系统聚光器网架结构,按照建立有限元模型时既要保证计算精度又要控制模型规模的原则,探讨建立大型网架结构有限元模型的基本方法。

基于单纯形模拟退火算法的网架结构优化设计

针对单纯形和模拟退火算法的优缺点,单纯形模拟退火算法将两种算法有机地结合起来,充分利用了单纯形算法收敛速度快以及模拟退火算法的随机突跳、不易陷入局部极小点的特性。两种算法结合,互相补充不足,大大提高算法的效率,并消弱了对参数选择的苛刻性。应用单纯形模拟退火算法对网架结构进行优化设计,并对模拟退火算法中参数的选择进行了探讨,算例分析表明了单纯形模拟退火算法应用在网架结构优化中的可行性和有效性。

预应力空间钢结构在我国的实践与展望

预应力空间钢结构是20世纪建筑结构学科中的重大成就.作者介绍了这类结构的发展过程及特点,对近些年来在我国建造的一批预应力空间钢结构工程的结构类型、预应力特征和经济指标作了简介,并对其在我国工程实践中的成绩、问题和前景作了阐述.

基于SMSA算法的网架结构优化设计

提出了应用SMSA(simulated simplex-annealing,单纯形模拟退火)算法对网架结构进行优化设计,并对算法中参数的选择进行了探讨,算例分析表明了单纯形模拟退火算法应用在网架结构优化中的可行性和有效性.