铝合金双层网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了结构随参数变化的自振特性.采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,研究了铝合金与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下节点的位移响应及杆件的轴力响应.研究结果表明,铝合金双层网壳与钢双层网壳在结构相同情况下,其自振特性基本相同.而地震荷载引起的位移响应,铝合金双层网壳要略大于钢双层网壳,但铝合金双层网壳的杆件轴向应力远小于钢双层网壳的杆件轴向应力,因此用铝合金取代钢材是可行的.     

设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化

设计-施工承包模式下单层球面网壳的优化不只是一个降低用钢量的问题。采用均匀迭代设计法进行该模式下单层球面网壳的优化设计。采用杆件截面类型数近似代替项目工期、施工的设备条件、施工人员的素质、施工难度、管理费等因素。通过简化,以满足位移、应力、稳定性条件的网壳用钢量最轻和杆件截面类型数最少为目标。以60m跨凯威特型单层球面网壳的优化设计为算例说明该方法的运算过程。该方法减少了试验次数,收敛速度快。     

基于混合因素均匀设计的槽式聚光器结构优化

为控制槽式聚光器的成本,以镜面位移和杆件应力为约束条件,以主三角桁架和拉翅的截面尺寸为连续变化的定量参数,拉索初拉力为状态变化的定性参数,采用均匀设计法对聚光器进行了优化.根据优化得到的参数取值,采用BIM(Building Information Modeling)技术进行槽式聚光器三维模型的建立,并依据模型包含的钢材种类、数量、长度、质量等信息进行钢材成本的计算.结果表明:均匀设计法可以用于含有定性和定量因素的聚光器结构优化,在满足既定约束条件下聚光器的钢材成本可降低10.32%,用钢量可减少11.86%,优化效果较好.本文提出的方法对于同时包含定量参数和定性参数的复杂优化问题具有一定参考价值,借助于聚光器三维BIM信息模型对钢材成本的计算,进一步证明了该优化方法的可行性.     

铝合金双层球面网壳结构的抗震性能分析

以双层球面网壳为研究对象,分析了其结构随参数变化的自振特性,采用Newmark积分法对其进行地震时程响应分析,在此基础上分别研究了铝合金双层网壳与钢双层网壳结构在竖向地震荷载作用下结点随参数变化的位移响应及其杆件轴向应力响应.研究结果表明,铝合金网壳与钢网壳在结构相同的情况下,其自振特性基本相同,对地震荷载引起的位移响应,铝合金网壳要略大于钢网壳,而铝合金网壳杆件轴向应力远远小于钢网壳,因此用铝合金取代钢材具有可行性.     

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明：优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用...     

哥特式建筑风格与现代网壳结构设计的融合—角锥折板网壳参数化设计及形状优化

借鉴哥特式建筑风格和角锥折板网壳特点,采用APDL(ANSYS parametric design language)参数化设计语言,研制了五种不同网格类型的角锥折板网壳参数化设计宏程序,实现了给定跨度S、矢高F、环向对称区域份数Kn和径向节点圈数Nx等参数下,五种类型角锥折板网壳参数化设计。对五种网壳进行了受力性能分析,探究了网壳结构最不利位移、最不利应力随矢高变化规律:并以结构耗钢量为目标函数,以Kn、Nx为设计变量进行了形状优化。建模实例表明该参数化设计宏程序方便、快捷,形状优化设计给出了在跨度、矢高不变时结构耗钢量随网格数变化规律及耗钢量最小的最优网格数。     

飞机发动机拆装车结构的轻量化及性能校核研究

以自主设计的某型号的飞机发动机拆装车为研究对象，对其结构进行轻量化优化，并对优化前后拆装车的整体强度及刚度进行对比，以确保轻量化后拆装车整体结构符合设计要求。应用ADAMS软件建立完整的有限元模型，导入到Analysis软件中通过Optimization模块进行体积及应力灵敏度分析，从而确定轻量化方案并对其结构进行轻量化优化。同时利用Analysis仿真软件对优化前后拆装车整体强度及刚度进行仿真。结果表明，杆件经轻量化后其厚度均存在不同程度的减薄，最大减薄率高达50%,最小减薄率也接近12.5%;经轻量化后拆装车整体结构质量减少了185 kg,比轻量化前整车质量减少了12.5%;优化后拆装车最大应力值为187 MPa,比优化前增长了6.3%,但远低于碳锰钢(16 MnL)材料许用应力值355 MPa;优化后拆装车最大位移量为12.23 mm,比优化前增长了9.1%,纵观整个位移云图来看整体变形量仍较小。因此，说明轻量化后拆装车整体结构满足设计要求。     

基于改进遗传算法的阻尼器位置与数量优化分析

为实现大跨网架结构上黏滞阻尼器位置和数量的优化,以替换杆件模态应变能百分比之和取得最大值为目标函数,以结构节点位移、加速度和杆件应力的峰值为优化控制指标,采用Matlab编写并验证改进的遗传算法优化程序.基于优化结果,采用ANSYS对网架结构在多遇、罕遇地震作用下的震动控制效果进行数值模拟对比分析.结果表明,阻尼器优化布置方案减震效果良好,明显改善结构受力状况;以安全性及经济性为优化目标,得到最佳方案,总结出大跨网架中黏滞阻尼器的布置规律,对实际工程减震设计具有参考意义.     

遗传算法在钢结构优化设计中的应用

本文以最轻重量为目标函数,以杆件截面积为设计变量,根据结构优化设计的基本流程,以现行规范中的强度、刚度、位移限值为约束条件建立了钢框架的优化模型,采用遗传算法结合工程实例进行分析,证实该方法在结构优化设计中的可行性,可供设计方案优选参考。     

利用ObjectARX 技术开发组合网架自动设计软件

利用ObjectARX2000/2000i/2002在AutoCAD2000下编制了组合网架结构CAD程序,使用者只需利用AutoCAD常规绘图方式输入组合网架的图形、支座和结点荷载,即可自动形成空间网格的结点及杆件信息,并可进行图形及数据检查;然后利用AutoCAD ObjectARX与Visual C++的接口,采用组合网架的杆元分析法,进行结构内力分析,得到结点位移及杆件内力等计算结果并自动选择杆件最优截面,并用图形方式显示出结构内力、杆件选用等计算信息,最终形成施工图.同时自动计算结构总用钢量及混凝土用量,实现了组合网架结构的自动设计.     

基于Matlab与Ls-dyna的气缸冲击仿真解析

气缸活塞撞击到前端盖时,活塞杆和衬套间会发生较大应力导致部件磨损产生气体泄漏.为了准确了解气缸运行过程中各物理量的集中式参数和分布式参数的变化情况,提出一种采用Matlab与ANSYS/Ls-dyna对气缸运行和内部受力进行联合仿真的方法.通过Matlab获得气缸内压力的仿真结果,以此作为Ls-dyna的仿真条件可以得到更为精确的位移、速度、活塞杆与衬套间动态应力分布和径向震荡等情况.仿真结果表明气缸冲击过程中,活塞与活塞杆出现明显的倾斜,气缸衬套与缸筒上呈现一些明显的受力点,气缸的活塞杆冲击速度、负载分别与其所承受的最大等效压力近似成正比关系.      

工艺参数优化下连杆摆动副衬套结构强度研究

文中运用有限元法仿真了强力旋压下衬套中产生的残余应力,并基于温度等效模拟法获得了考虑残余应力下的连杆摆动副结构强度特性,进而开展了针对连杆摆动副衬套刚强度特性受减薄率、进给比和热处理温度等衬套工艺参数的规律分析和优化计算.结果表明,减薄率、主轴转速、进给比对残余应力值影响不大,残余应力值沿轴向呈对称分布,且两端较大;在连杆摆动副中,残余应力会使连杆摆动副工作中的应力与变形增大,残余应力较大处增幅明显,而对接触压力影响较小;由响应面优化该型衬套的应力和变形下的最优工艺参数为减薄率28.37%、进给比0.154和热处理温度261.73℃.      

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。     

钢栈道施工全过程抗风稳定性分析

为研究钢栈道施工全过程的抗风稳定性问题,通过以黄河大桥施工栈道施工全过程为背景,采用有限元模拟方法对此进行了分析研究。结果表明：在横桥方向风荷载作用下,（1）钢管桩打入地基,在钢管桩之间焊接剪力撑后,其位移绝对值最大值为43.7 mm,其最大米塞斯应力为43.6 MPa;（2）钢管桩顶部焊接桩顶梁后,位移绝对值最大值为46.8 mm,其最大米塞斯应力为45.9 MPa;（3）桩顶梁上架设贝雷梁,铺设桥面板后,位移绝对值最大值为0.76 mm,其最大米塞斯应力为19.6 MPa。可见在横桥向风荷载作用下,从位移和应力角度来分析,钢管桩顶部焊接桩顶梁后为最不利情况。     

基于弹性理论的拉力型锚杆锚固段应力分布规律研究

视锚杆和周围介质为弹性材料,在弹性半空间里,利用Mindlin位移解,根据拉力型锚杆实际工作状态,推导出拉力型锚杆锚固段轴向应力和弹性粘结应力分布的方程．并分析相关岩土参数对锚固段轴向应力和剪应力的分布的影响,得出影响较大的几个因素,为拉力杆的力学分析和工程设计提供理论依据．     

均匀降温下CRTSⅡ型高速铁路轨道板温度应力分析

根据无砟轨道板钢轨-轨道板-钢筋滑移线性本构关系,建立了均匀降温作用下纵连式轨道板温度应力计算模型.应用拉普拉斯变换方法求解平衡微分方程,得到钢筋和混凝土应力、位移的解析表达式,分析配筋率、扣件扣压力和板底摩擦力等参数对裂缝间距及轨道板内力、位移的影响.最后以京沪高铁CRTSⅡ无砟轨道板为例,计算30℃降温条件下的开裂间距,轨道板内力、位移随裂缝长度的分布规律.研究结果表明,解析表达式可以准确地分析轨道板的温度应力,为无砟轨道板设计提供理论依据.     

直立锁边不锈钢屋面系统温度效应试验

金属屋面系统常用于各种重要的地标建筑中,经常受到周期性的太阳辐射、温度变化和其他环境影响。针对直立锁边445J2铁素体不锈钢屋面系统开展温度效应研究。考虑不同约束条件和温度等因素,分析屋面系统的力学性能。试验结果表明,温度作用下,直立锁边不锈钢屋面系统存在应力集中和热膨胀位移现象。屋面系统应力和位移随着温度增加而变大,温度每增加1℃,应力和位移最大增加1.9 MPa。屋面板的水平位移要明显大于竖向位移,且在一端固定约束条件下水平位移最大约9.19 mm。板面应力随约束条件增强增加幅度最大分别为41.7%、30.6%。     

基于超磁致伸缩材料的谐波驱动器结构与磁场优化设计

基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)正逆耦合效应以及能量转换特性,提出一种集驱动、传动及传感于一体的新型自感知谐波驱动器构想.利用ANSYS分析谐波减速器运行过程中波发生器应力分布情况,结合波发生器尺寸结构求解GMM棒的尺寸参数.基于毕奥萨伐尔定律推导驱动线圈内部磁场求解方法并设计驱动磁场和偏置磁场布置方式.利用COMSOL Multiphysics建立驱动器电磁机三场耦合模型,分析在不同条件下驱动线圈内部磁场分布情况以及驱动器的位移输出特性.结果表明:在永磁体总长度不变情况下,对永磁体实行内置均匀布置,随着永磁体片数逐渐增加,磁场均匀度从44％降低到26％,输出最大位移从0.123 mm下降到0.114 mm,GMM棒应力分布均匀度显著提高.     

基于Sobol法的RC框架结构随机化Pushover 分析及参数敏感性

为研究reinforced concrete框架结构的随机参数敏感性,结合Matlab和SAP2000对Sobol法和随机化Pushover方法进行编程,然后对一榀平面框架结构进行分析,考虑了随机化Pushover方法中水平地震影响系数最大值、混凝土抗压强度和弹性模量、钢筋屈服强度和抗拉强度以及钢筋弹性模量对顶点位移的敏感性。结果表明,水平地震影响系数最大值对随机化Pushover方法顶点位移敏感性和重要程度最大,在分析中可以忽略其余5个参数的随机性。同时通过2个算例进一步验证了研究结果在多层和高层框架结构中的适用性。     

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.