柔弹性结构空间形态的非线性分析

计算力学领域柔软弹性结构的非线性分析是特别复杂的课题 ,更加困难与令人易于受挫的研究方向就是柔软弹性结构在各种复杂外力作用下的成形分析 (Form Finding)或者平衡构形曲线的寻找。迄今为止的研究者大都局限于周边固定约束下求解柔软弹性结构的平衡曲线 ,因此其计算方法不具备广泛适用性。本文提出的动边界支座位移非线性迭代法成功地解决了这一问题 ,在工程上具有重要的应用价值。

基于DLP工艺的柔弹性点阵吸能支架研究

面向微小多功能支架结构设计与原型制造需求,开展了基于数字光处理(Digital Light Processing,DLP)快速成形工艺的柔弹性点阵支架设计与制备研究。以胞元结构几何拓扑设计为主线,利用Timoshenko梁理论对胞元结构建立等效力学模型,得到预测能量吸收的数学模型,聚焦分析胞元几何尺寸和承载方向对其影响规律。配置新颖柔弹性光敏树脂为成形材料,选用DLP成形工艺,实现对应点阵结构的高精、高效制备。结合数值模拟和物理实验,着重探究了杆径、胞元边长、点阵层数对点阵结构吸能特性的影响。结果表明,该点阵结构面外压缩较面内压缩具有显著优越的吸能特性,且胞元边长越小,杆径越大,点阵层数越多,吸能特性越佳。理论分析、数值模拟和物理实验所得规律基本一致,可为后续皮肤组织工程支架的研制提供相关理论参考。

水流作用下渔网养殖空间变化的计算方法

渔网的动力分析是养殖网箱设计和优化的基础。通过把一系列杆相互铰接在一起,建立网的模型,模拟网在来流作用下的变形。作用在杆上的水动力可以通过Morison公式来计算,采用有限单元的离散方法,并利用网目合并的方法来减少总的自由度数目。模型的计算结果同试验成果做了对比,计算与试验在柔性网的变形方面,结果吻合良好。

目标参数驱动的点阵支架逆向设计方法研究

面向微小多功能支架结构定制设计与原型制造需求,开展了基于数字光处理(Digital light procession,DLP)快速成形工艺的柔弹性点阵支架逆向设计与制备研究。基于体心立方晶胞(Body center cubic,BCC)衍生设计一款簇新胞元,利用Timoshenko梁理论对该胞元结构建立力学模型,求解其等效弹性模量,聚焦分析胞元几何参数与力学模型之间的映射规律。以空间尺寸约束下的定弹性模量点阵支架设计为主线,采用逆向分析方法,寻找匹配精准的填充方案。配制新颖柔弹性光敏树脂为成形材料,选用DLP成形工艺,实现对应点阵支架结构的高精、高效制备。结合数值模拟和物理试验,着重探讨逆向设计的点阵支架弹性模量与拟定值的差异。结果表明,仿真和试验所得结果均与拟定值基本吻合,佐证了逆向设计方法的可靠性,可为后续组织工程皮肤支架的研制提供理论基础。