序言

哈尔滨工业大学钢结构研究方向一直以来都是哈工大的重要学术研究方向,经过几代人近一个世纪的共同努力,在大跨空间结构新体系及其设计理论、钢-混凝土组合结构统一设计理论、高层与轻型钢结构体系与结构性能等方面取得了一系列重要成果,为推动我国钢结构理论研究与工程实践做出了重要贡献,为提升我国在国际上钢结构研究的学术地位发挥了重要作用.     

考虑膝关节转动刚度的二段腿行走步态分析

为研究腿部构造对双足倒立摆行走步态的影响,提出了一种含膝关节的二段腿倒立摆模型,确定了腿部受到的反力和腿长的关系,建立了模型运动控制方程和仿真模型,采用庞加莱映射和牛顿迭代法求得了模型周期性行走步态结果,分析了机械能、冲击角、膝关节初始角度、膝关节转动刚度等模型参数对行走步态的影响.分析结果表明:含膝关节的二段腿初始刚度较大,随着变形的增大刚度逐渐减小,表明二段腿存在受力柔化特性;二段腿模型能够在一定参数范围内实现多种周期性步态,给定合适的参数组合,模型能够覆盖人体正常行走的频率区间.对比线弹簧模型,本文模型构造更接近于真实人体,模型参数物理意义明确,为模型的实验验证和参数标定打下了基础.     

Ce5AgBi3的合成、结构与磁性性能

用电弧炉熔炼法制备了新的三元金属间化合物Ce5AgBi3,用Rietveld方法对其结构进行了精修,该化合物为Hf5CuSn3结构(空间群p63/mcm),其中Ce、Ag和Bi分别占据Hf、Cu和Sn的位置,晶胞参数为: a=b=9.7163(3)A,c=6.6228(2)A,V=541.47(5)A3.该结构特点是沿着c轴方向的层状结构.其中6g的Ce和Bi组成六边形网状平面结构,2d的Ag和4f位置的Ce分别占据由Ce-Bi六边形所形成的沿着c轴方向的两种隧道中.用PPMS对Ce5AgBi3的磁性和比热性能做了分析.该化合物低温下为反铁磁性,奈尔温度为3.8K,高温时符合居里-外斯定律,有效磁量子数为2.67μB,表明其磁矩都是由Ce3 提供.     

凯威特型单层球面网壳在强震下的失效研究

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性,实现了网壳结构考虑材料损伤的动力有限元分析。对单层球面网壳在强震下的失效特点进行了系统的参数研究,探讨了考虑材料损伤因素对网壳失效特征的影响;综合网壳失效时刻的多项特征响应,拟合了能够评估网壳动力损伤程度的损伤模型;基于损伤模型表示的网壳极限状态的物理意义,建立了适用于跨度40m的凯威特单层球面网壳强震失效判别准则,可用之判定网壳在强震作用下的失效极限荷载。     

K6型弦支穹顶结构的静力性能分析

选用40,50,60和80m跨度的K6型弦支穹顶结构,利用大型有限元分析软件ANSYS,对结构的受力性能及结构参数如矢跨比、撑杆高度、环索布置方式、初始预应力大小等对其的影响进行了分析。研究结果表明,在上层网壳杆件压力满足要求的前提下,矢跨比宜为1/8~1/6,撑杆高度为2.5~3.0m,采用四环索布置且索的预拉力宜在200~300MPa之间。可对弦支穹顶结构静力性能分析以及更多的工程设计实践提供参考。     

巨型射电望远镜(FAST)反射面支承结构日照温度场效应分析

研究分析500m口径球冠状巨型射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST)反射面支承结构的日照温度场效应。借助ANSYS热分析模块,建立FAST反射面结构和实测周边地形的整体参数化有限元模型,计算最不利气候之一即夏季晴天无云天气各时刻的空气对流换热、太阳辐射、周围环境的长波辐射换热以及阴影遮挡等各种边界条件,在较为合理的结构初始温度场下,进行连续多天的时程分析,直至结构的任一点温度收敛于24h前的结果,并据此结果计算反射面结构温度变形和温度应力,给出日照下反射面形状拟合精度随时间的变化规律、结构应力的变化范围和分布规律。结果表明在日照下结构的温度场较不均匀,局部温差最高达到了11℃,较大地影响了反射面形状精度,为将来结构的设计、施工、监测以及控制提供了参考信息。     

FAST30米模型整体索网张拉方案的研究

介绍了大射电望远镜(FAST)30m模型主动反射面支承结构——整体索网结构,根据现场条件提出了三种可行的施工方案,并利用ANSYS的生死单元技术模拟索网张拉过程.通过分析、对比确定了最优方案,并以此指导了实际施工,为FAST500m原型的建造积累了经验.     

大跨空间结构防火设计现状分析

针对民用公共建筑中大跨空间结构屋面防火设计问题,总结分析当前普遍采用的防火设计方法的基本出发点和实践效果,及仍存在的科学不足。在此基础上,针对不能满足新的工程实践的状况,指出了完善防火设防体系的需求,并从建筑防火整体视角对大跨空间结构屋面的防火设计给出了部分设计理念、方法的建议,可供工程防火设计借鉴。     

蒙脱土/β分子筛复合催化材料的合成与表征

以蒙脱土为原料，采用原位晶化的方法合成出蒙脱土／β分子筛介孔-微孔复合催化材料（MMT／β），利用XRD、SEM-EDS、N2吸附．脱附、FT-IR和NH3．TPD对该材料分别进行表征，指出它具有蒙脱土和β分子筛的双重特征；确实由蒙脱土与β分子筛复合而成，并非二者的机械混合；具有微孔和介孔两种结构；其酸性主要集中在弱酸和中强酸．强酸较少。对影响合成的因素分析结果表明，晶化时间、晶化温度和蒙脱土用量影响显著、通过调节蒙脱土含量，可调节该材料的孔性质。     

纵向地震下1000kV出线构架的输电导线#br# 耦合作用振动台试验研究

为研究纵向地震作用下输电导线的动力耦合作用对1000kV出线构架地震响应的影响机理并讨论不同输电导线垂跨比的影响,开展了缩尺比为1∶15的考虑输电导线动力耦合作用的单跨1000kV出线构架振动台试验研究,其中输电导线采用基于等效动力刚度的无质量弹簧模拟。试验采用人工质量相似模型并使用原材料,设计、加工了高精度的构架试验模型和输电导线等效试验模型,选取20条真实地震记录对试验模型进行纵向激励并采用白噪声记录进行扫频分析以检测结构的完好性。结合试验现象对比分析考虑与不考虑输电导线动力耦合作用的两类模型的结构响应,分析发现：输电导线与构架的动力耦合作用较强,削弱了构架的地震响应;随着垂跨比的减小,被悬挂系统耗散的能量增大,输电导线对构架的弹性约束增强,构架的地震响应进一步被削弱。此外,对试验模型进行数值重现分析,发现试验与数值所得的位移时程曲线拟合较好,结构最大位移误差较小,说明有限元方法可以较好地模拟输电导线的动力耦合作用。