开放式教学理念下教学楼的竖向空间优化——以南京大学鼓楼校区东南楼为例

在社会科技进步、社会关系变革的同时,高校教学模式也正在快速转型,空间逐步从静止到流动、从封闭到开放转变。在这一背景下,20世纪50年代的高校新校区建设大潮中的既有高校建筑作为20世纪的产物,符合传统的教学需求,但其各自分立和封闭的空间,已无法适应现代开放式教学的模式。教学空间如何满足多样化的人才培养模式,实现空间的适应性、兼容性设计,这正是亟需解决的问题。该文以南京大学鼓楼校区东南楼为例,在充分利用东南楼传统屋架构造层的基础上,实现对三层和屋架层的竖向空间优化研究。同时,围绕医学院的教学功能特点,探索特定学科教学空间设计对促进信息交互、激发创新科研能力的作用。

压气机叶片非同步振动机理及气动布局优化研究

针对航空发动机叶片中的非同步振动诱发叶片断裂失效问题,基于时域推进的方法建立了压气机全周物理域的流固双向耦合模型,旨在对周向非定常扰流和叶片气动弹性特征进行更合理的描述。通过该模型揭示了叶片非同步振动的发生机理,并通过一定的气动布局手段优化了叶片表面气动力和振动幅值。研究表明:叶尖泄漏流与主流掺混后形成的通道涡是诱发叶片产生非同步振动的根本原因,而掺混流的周向传播强度仅在一适中的范围内时才具有产生明显通道涡的能力,并提出以通道前缘截面上的流动相对周向动量Wmix为判断通道涡和振动幅度强弱的依据。导叶偏转角或导叶栅距非谐程度的增大,均会对掺混流的周向强度有一定的加强作用,使得通道涡强度和非同步振动幅值呈现先增大后减小的趋势。

双排钢板桩围堰支护结构参数优化及稳定性验算

双排钢板桩围堰具有稳定性较好、止水性能强等优点,广泛应用于水利工程。为研究围堰支护结构的优化设计,以竺山湖隧道施工现场围堰为实例,在满足稳定性要求的前提下,对施工现场的双排土芯钢板桩围堰参数进行优化,利用三维数值模拟软件PLAXIS 3D建立施工现场的三维模型,分析钢板桩在不同水位、不同桩间距下的变形情况,并进行稳定性验算,进而得出最佳参数。结果表明:(1)随着围堰水位升高,钢板桩呈现中间“鼓肚”减小、顶部位移有所增大的变化特征;(2)为提高工程经济效益,建议桩间距减小至4.5 m,此时水平位移与桩间距6 m相近,“鼓肚”现象及钢拉杆所在高程的弯矩相应有所减小,稳定性满足要求。

板片空间结构关键理论及软件开发综述

结合SPSA软件剖析板片空间结构体系的有限元分析核心算法、共同工作问题、结构稳定问题、结构优化的关键理论问题。

板片空间结构缺陷稳定分析及试验研究

板片空间结构是一种轻质、高强的新型空间结构体系,其整体稳定性是研究、设计过程中的一个关键问题。板片空间结构属于缺陷敏感结构,缺陷稳定分析也是迫切需要而尚未完全得以解决的问题。设计两个板片结构试验模型进行稳定性试验。采用自动协调加载控制系统和电测相结合的方法,连续跟踪记录结构失稳全过程的荷载位移曲线以及应变变化情况。并以结构实测缺陷为依据,分别采用实测缺陷法、一致缺陷模态法和改进随机缺陷法考虑节点位置偏差缺陷的影响。结果表明,自动协调加载控制系统可保证对失稳全过程的跟踪,连续数据采集方式采样率高而且数据测量精度高。实测缺陷法可比较精确地反映板片空间结构实际的稳定性能。一致缺陷模态法分析的临界荷载并不是所有缺陷结构中的最小值,其概率可靠度随着模型的变化而变化。通过改进随机缺陷法,对板片空间结构的稳定性能有了比较全面的认识,也定量分析了设计临界荷载和一致缺陷模态法分析的临界荷载的可靠性。

板片空间结构的改进一致缺陷模态法

目前工程上对结构进行缺陷稳定分析的主要方法是一致缺陷模态法。而利用该法对板片空间结构进行缺陷稳定分析得到的并不是结构的最小临界荷载。为此提出了改进的方法,即通过N-R法来引入结构的初始几何缺陷。为了检验改进方法的可行性,采用一个单层模型试验加以验证并且通过随机缺陷模态法得到了改进方法的可靠度。通过以上的检验,改进方法是可行的。这对板片空间结构的设计和研究有着重要的意义。

基于RVE模型的空间天线结构热稳定性优化设计与热变形分析

空间环境温度变化会使空间天线支撑结构产生热变形,影响其使用性能,因此进行天线热稳定性设计及热变形分析具有重要的意义.基于代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)方法对空间天线结构进行热稳定性设计与热变形分析.通过建立纤维随机分布并含有材料孔隙的RVE,得到纤维热膨胀系数.对M40/TDE85单向复合材料的热膨胀性能进行实验测试,计算结果与测试结果吻合良好,验证了RVE模型的正确性与准确性.建立了复合材料圆管参数化模型,根据计算得到的热膨胀系数及优化算法,对天线支撑结构进行热稳定性优化设计,并对优化后的天线结构进行热致变形分析,结果表明优化后的结构具有很高的热稳定性.

基于满意度模型的采场结构参数多目标综合优化研究

以矿柱宽度、矿房跨度与分段高度3个主要采场结构参数为影响因素,最大压应力、最大拉应力、顶板位移和矿房回采矿量为评价指标,进行了响应面试验设计。采用3DMINE-MIDAS/GTS-FLAC^(3D)联合模型的计算结果,得到响应面结果和评价指标的回归方程,并据此得出单一因素和因素交互作用对评价指标的影响规律;将回归方程和矿房回采矿量引入基于满意度的多目标优化模型,得到最佳采场结构参数。结果表明,所建立评价指标的回归方程相关性很高,能在试验范围内准确地预测结果;评价指标受到单因素和因素间交互作用影响,交互作用中,矿柱宽度与矿房跨度交互作用影响最显著。最佳采场结构参数为:矿柱宽9 m,矿房跨度11 m,分段高度12 m;把该参数应用于招金矿业夏甸金矿,取得了良好的效果。

不规则平面桩-筏基础优化的一种简化方法

基于桩 筏基础荷载传递的局部化特性 ,提出了一种简化分析方法 ,即采用悬臂梁比拟筏板与柱周围各桩之间的联系 ,进行桩顶沉降计算 ,再用差分法计算筏板弯矩 .建立了同时考虑桩的弹性支承性质和桩间土参与共同工作的不规则桩 筏基础优化设计数学模型 ,并采用变容差主动约束可行方向法对一实际工程进行优化设计 .

板片空间结构初始缺陷的动力稳定性影响分析

对板片空间结构体系的研究大都局限于静力载荷工况,结构在动力载荷作用下的稳定性及失效特征研究仍相对缺乏.板片空间钢结构先天存在各样缺陷,而缺陷对结构稳定性的影响不可忽略.本文引入拉丁超立方法,结合Budiansky-Roth准则,提出适用于求解含初始缺陷结构动力临界荷载的方法,对板片空间结构初始缺陷的动力稳定性开展研究.研究表明,相比于其它抽样方法,拉丁超立方法能显著减少样本数,有效提高计算效率.针对典型的板片空间结构,施加不同方向的阶跃荷载,分析了节点位置偏差缺陷、杆件截面尺寸缺陷以及板片厚度缺陷对板片空间结构临界承载力的影响.结果显示,节点位置偏差缺陷对该结构临界承载力影响最为显著,其它两类缺陷影响甚微.

凯威特型板片空间结构在阶跃荷载作用下动力稳定性分析

利用有限元软件ANSYS,分析不同跨度、不同矢跨比下凯威特型板片空间结构的动力稳定性。分别计算构件材料本构模型为弹性和弹塑性下的动静比;研究竖向初始几何缺陷对结构的影响,从而得到影响系数。最终根据动静比和初始缺陷的影响提出结构动力稳定临界力的简化计算公式。

空间相机碳纤维薄壁筒式主次镜支撑结构

在大口径、长焦距空间遥感相机中,主、次镜间相对位置变化会影响相机的成像质量和稳定性,因此,作为主次镜间承力结构的主次镜支撑结构,是相机设计过程中的关键一环。本文针对大口径、长焦距相机特点,设计并研制了碳纤维薄壁筒式主次镜支撑结构。首先,根据给定光学系统,选取了筒式基结构形式。然后,根据筒式基结构形式的特点,依次对筒式结构的次镜支撑梁和纵向加强筋的几何结构形式进行了分析与选型。接着,为了充分发挥碳纤维材料铺层可设计性特点,对主次镜支撑结构进行了结构关键尺寸、铺层厚度和铺层角度三者的迭代优化设计,并对设计结果进行了有限元仿真分析。最后,通过测量次镜角度变化量和特征级扫频振动试验,验证了支撑结构的稳定性和结构刚度。试验结果表明:次镜相同状态下长期监测差值变化量小于1.5″,重力翻转前后变化量小于1.08″,支撑结构一阶固有频率大于115 Hz,轴向频率大于180 Hz,表明主次镜支撑结构具有良好的刚度和结构稳定性,满足设计指标要求。

蓄水池基坑双排钢板桩结构土压力和排距优化设计

为探究蓄水池基坑双排钢板桩结构土压力分布规律及排距设计优化方案,通过构建有限元数值模型进行分析,并将结果与模型试验数据进行对比分析,评估有限元模型参数选取的精确度和可靠性。基于有限元数值模拟结果,发现三维空间效应在蓄水池基坑双排钢板桩结构中表现显著;优化土压力分布计算流程和钢板桩排距取值范围(针对比例系数计算法进行优化),建立更为简单、易操作的计算公式;对比模型试验和有限元数值模拟结果,发现数值模型参数的选取及模拟结果具有较高的精确度和可靠性,该研究可为类似工程建设提供技术参考和理论借鉴。

板片空间结构的缺陷稳定分析

目前工程中主要采用的一致缺陷模态法对板片空间结构进行缺陷稳定分析得到的并不是结构的最小临界荷载。提出了改进的方法,即采用弹性完善空间结构的临界位移作为结构最不利的初始几何缺陷,然后采用New-Raphson法求得结构的临界荷载。根据对随机缺陷模态法得到的改进方法的概率可靠度以及对具体的模型试验的分析,可以认为改进方法所得到的临界荷载是结构的最小临界荷载。