电动飞机电池舱支撑框结构轻量化设计

对电动飞机进行轻量化设计,能够增加电动飞机的有效载荷或延长续航时间。以电动飞机的电池舱支撑框结构为研究对象,基于拓扑优化、模态分析以及复合材料层合板铺层优化技术,利用HyperWorks软件分别对电动飞机的电池舱支撑框结构进行单一材料的结构拓扑优化、模态分析、基于模态分析的拓扑优化以及复合材料层合板的铺层优化,并对各优化后的模型进行了静力分析,并验证了优化后结构的有效性。从而实现了对电池舱支撑框的轻量化设计。

厢式半挂汽车列车附加减阻装置的减阻效果及机理研究

为了优化某厢式半挂汽车列车的气动阻力系数,以某重型厢式半挂汽车列车为研究对象,以计算流体动力学理论为基础,运用数值模拟的方法,研究了驾驶室与货厢之间的减阻装置、尾部减阻装置和仿生非光滑表面结构等气动减阻方案对厢式半挂汽车列车的减阻效果。详细分析了不同单一气动减阻方案和复合减阻方案分别对汽车列车模型的速度分布、压力分布、湍动能分布和气动阻力系数的影响。研究结果表明:设计的3种间隙减阻装置可以延迟驾驶室后部的气流分离,并且可以阻止部分气流进入驾驶室与货厢之间区域从而降低货厢前部区域的平均速度,涡量强度和湍流动能,相对于汽车列车原始模型的最佳减阻率为7.5%;设计的4种尾部减阻装置可以减弱尾部的气流分离及涡量,最大减阻率为5.8%;设计的8种非光滑表面减阻方案的平均减阻率达到4.6%,最大减阻率为5.8%。在厢式半挂汽车列车表面合理布置仿生非光滑表面可以有效地控制尾部涡流的产生,改善尾部流场结构,从而减少气流与仿生非光滑表面之间的摩擦阻力以及整车的压差阻力。设计的8种复合减阻装置的平均减阻率为17.2%,其中最佳复合减阻方案的风阻系数为0.699 5,减阻率为19.9%,减阻效果明显。

预制叠合结构施工技术在圆形盾构管廊工程中的应用

对在狭小空间的盾构管廊内的预制叠合式结构施工技术进行研究,形成相应的预制叠合式结构施工工艺,加快了综合管廊中隔墙的施工进度。该技术具有安全适用、经济合理、施工简便等优点,在类似管廊内的中隔墙施工工程中具有广泛的应用前景,可供同类工程借鉴。

基于AC729RTM聚酰亚胺复合材料的发动机舱尾区结构研制与验证

针对某飞行器钛合金发动机舱尾区结构在应用中存在的结构变形、重量问题及高温环境需求,以耐温等级为350℃的AC729RTM聚酰亚胺树脂基复合材料为设计选材,开展了某飞机发动机舱尾区结构复合材料代替钛合金结构设计,建立了有限元分析模型对复合材料发动机舱尾区结构进行参数分析,最后获取了合理的结构设计参数,最后采用树脂传递模塑成型工艺(RTM)进行了复合材料发动机舱尾区结构制备,同时从静强度试验、结构变形和结构重量三个角度进行了验证评价。结果表明:聚酰亚胺复合材料发动机舱尾区结构经无损检测制件仅局部区域存在小面积孔隙(孔隙率<2%),整个制件的内部质量及外观状态良好;经静强度试验验证,发动机舱尾区结构除局部小范围脱粘外,未出现明显损伤及破坏,符合室温静强度要求;复合材料发动机舱尾区结构外形偏差控制在-0.808~0.664 mm,相比于钛合金结构取得了改善;结构质量相比钛合金减重约27.5%,取得了良好的减重收益。

钢-混凝土组合结构在海洋工程中的应用研究（英文）

海洋工程建设是我国海洋强国战略实施的重要基础和保障。相比陆地工程,海洋工程面临更加复杂苛刻的建造环境和条件,其设计、建造、施工难度通常更大,因而对结构工程提出了新的挑战。钢-混凝土组合结构由于充分利用钢材和混凝土各自性能优势,扬长避短,优化组合,具有显著的性能优势和综合经济效益,在海洋工程中拥有广阔的应用前景。本文从跨海桥梁、海底沉管隧道和海上浮体平台三方面综述了清华大学组合结构研究团队近年来在海洋工程组合结构研发和应用方面的工作:1)提出了新型抗拔不抗剪连接技术,并与传统支座升降、预应力、施工工序优化等技术结合,形成跨海连续组合梁桥负弯矩综合抗裂技术,与现有预应力抗裂方法相比具有显著的施工和运维成本优势,与混凝土结构相比具有明显的抗裂性能优势。这一新技术将极大提升结构的耐久性,已经在大连湾跨海大桥的结构设计中得到应用,为组合结构跨海桥梁的推广应用提供了有效的技术支撑。2)研发了适用于跨海多塔斜拉桥的新型双钢板-混凝土组合桥塔,从界面连接和结构整体受力性能两个维度开展研究。结果表明,其在开孔板连接件的作用下可以实现钢与混凝土的协同工作,与纯钢结构和混凝土结构桥塔相比有更高的承载能力、刚度和延性。同时钢板可兼作混凝土模板,提高施工效率,混凝土对钢壳的约束作用也解决了纯钢结构易局部失稳的问题。新型组合桥塔已在南京长江五桥工程中得到应用,刚度、承载力等关键性能指标的显著优势有助于新型组合结构桥塔在未来跨海多塔斜拉桥工程中得到进一步的推广与应用。3)提出了适用于海底沉管隧道的隔舱式双钢板-混凝土组合结构,揭示了其抗弯、抗剪和型钢连接件性能,提出了相应的设计方法。结果表明,相对于传统钢筋混凝土结构,组合结构尺寸小,承载能力强,抗震适应性好。双钢板既可作为混凝土模板,也可起到受力与防水的多重作用。除此以外,该结构施工便捷,尺寸不受加工设备限制,预制厂地要求低。该成果已在深中通道沉管隧道段得到应用,是未来跨海隧道的重要发展方向。4)研发了海上超大型钢-混凝土组合结构漂浮平台,将其应用于海上超大型浮式平台的建设,基于水弹性响应及结构强度分析,对大型钢-混凝土组合箱式浮体平台进行了案例设计和分析。结果表明,其可在提高结构防火、抗爆、抗冲击性能的基础上,增强构件的稳定性及耐久性,显著减小结构用钢量,同时组合浮式平台不用设置加劲肋,设计和施工便捷,维护成本低,具有良好的发展前景。研究与实践表明,组合结构由于其灵活多样的结构形式,即使面对海洋工程复杂苛刻的荷载环境条件和使用功能需求,也能发挥其性能优势,解决工程难题。本文所提出的新型组合结构体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为海洋工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在海洋工程中的应用。目前,组合结构在海洋工程中的应用仍处于起步阶段,尚需在复杂荷载响应分析、高性能新材料应用、结构形式多样性和适用性等方面进一步开展深入研究。