单层球形网壳梁膜结构设计及力学试验研究

对单层球形网壳梁膜结构进行分析,根据网壳的失效形式确定网壳结构的强度和局部稳定性设计准则,利用有限元分析软件对风场和结构场流固耦合分析,并通过优化设计得到杆件最优截面尺寸.通过对原理样机网壳结构进行多点加载试验,得到最大位移点随载荷变化曲线,并把试验结果与仿真结果进行对比分析,对仿真计算模型进行验证,为同类型单层球形网壳的设计与分析提供理论基础.     

超大型集装箱船风载荷系数研究

以一艘16 000箱集装箱船为对象,基于Fluent软件建立计算模型,对船体水线以上结构表面风场风压进行数值模拟,得到风载荷系数,并与规范方法和Isherwood方法进行比较分析。结果表明:随着风向角变化,结构表面风载系数变化较大,CFD数值模拟结果略小于规范计算,而Isherwood方法同样具有相当的精度。文中的方法可根据实际海况条件获得最不利的风倾力矩,可应用于船舶稳性设计和校核。     

基于流固耦合的骨架膜结构优化

为了实现骨架膜结构的优化设计,基于ANSYS平台考虑了膜结构在风荷载作用下的结构变形对建筑表面风压分布的影响,采用双向流固弱耦合的方法对某低矮类膜建筑在不同风向角下的定常风场特性与其围护骨架膜结构的风致结构受力进行了研究,并以此为依据采用响应面法对骨架膜结构中各杆件的截面尺寸进行了优化.结果表明：仿真所得建筑表面风压分布与同类模型风压实测数据、风洞试验数据以及国家相应规范吻合较好;不同风向角下骨架膜结构的受力状态不同,其中90°风向为该结构的最不利工况;采用响应面法得到了该骨架膜结构中各杆件的截面尺寸对结构受力的影响关系,并将该结构整体质量降低了14.73%.     

开敞式叉筒网壳风场数值模拟与受力分析

针对国家现行<建筑结构荷载规范>缺乏复杂形体结构净风压体型系数的相关规范的问题,应用标准k-ε紊流封闭模型,采用数值风洞技术对开敞式叉筒网壳在多角度风场作用下结构表面的风压分布进行了数值模拟,获得了该类网壳的净风压体型系数.研究表明采用数值风洞技术对复杂形体结构的流场进行计算机数值模拟的方法是可行的,这为风压分布及大小取值提供了一种非实验性的、低成本的取值方法.力学分析结果表明,风对开敞式叉筒网壳的最大负压主要集中在脊线附近的边缘部位,脊线附近边缘以及谷线交叉拱是结构设计的重点.     

基于有限元的角焊缝建模的探讨

利用有限元软件ANSYS,采用实体单元、壳单元、壳与梁单元组合等方法建立有限元模型计算箱形梁在均布载荷和集中载荷作用下的应力分布情况.通过计算结果比较分析各种建模方法的优缺点,提出针对不同的结构和载荷情况,选择合适的建模形式.     

主梁截面不同时铰接板(梁)桥荷载的横向分布计算

在新建桥梁的设计中,绝大多数主梁均采用相同截面进行设计。但在某种特定的条件下,遇到需采用不同主梁截面的情形。特别是在桥梁进行加固、加宽改造时,经常需要设计与老桥梁板不一样的截面尺寸来满足工程需要。此时需对全部梁板重新做荷载横向分布计算,分析各个板梁受力状态,以保证整个桥梁结构的安全。本文专门讨论这种情形下桥梁荷载横向分布系数的计算原理和计算方法,并给出计算程序框图。     

贝壳型单层网壳结构流场数值模拟与风洞试验对比研究

应用SST κ-ω湍流模型,采用数值风洞技术对贝壳型单层网壳在不同风向作用下结构表面的风压分布进行了数值模拟,获得了结构表面各分区下的压强系数.把其中具有代表性的分区数值风洞理论值与风洞试验结果进行比较分析,结果对比说明:两者吻合较好,所得到的压强分布系数可以用于工程实际,验证了数值风洞模拟技术的可靠性.事实证明以数值风洞技术来分析复杂结构周围的流场进行预测是可行的.     

双层肋环式球面网壳结构预应力优化设计

以拉索预应力空间网壳结构的预应力值P、杆件横截面尺寸变量Ab和拉索截面尺寸变量At以及工程中常用的两种球节点体积为设计变量,以结构自重为目标函数,采用分级优化算法对预应力空间网壳结构进行了优化设计,并采用Algor软件对设计结果进行了验证.通过对比分析,验证了该方法的正确性和有效性.     

波纹表面月牙形悬挑屋盖风荷载特性

为了研究某体育场波纹表面月牙形悬挑屋盖的风荷载特性以及屋盖表面波纹对风压的影响,对该结构进行风洞试验和计算流体动力学（CFD）分析.通过对风洞试验数据的统计分析,得到结构的平均风压、脉动风压、极值风压的分布规律和屋盖上下表面风压的相关性.基于波纹状模型的CFD数值模拟,研究发现屋盖波纹表面的波峰处风压明显大于相临的波谷处风压,而且大于光滑屋面相应区域的风压,所得这一规律可以推广到一般的波纹状悬挑结构.试验得到的极值风压可以换算成用于围护结构设计的阵风系数,在与现行规范进行比较后,给出针对该体型建筑围护结构设计中阵风系数取值的建议.将试验结果与已有研究成果进行了比较,并分析了波纹表面和建筑物阻挡对上下表面风压相关性的影响,发现悬挑结构的波纹状表面对上下表面的风压相关性影响较小,而建筑物阻挡对相关性影响较大.     

化工厂操作平台梁的设计分析

对化工厂广泛使用的操作平台承受外力的情况,从结构力学的角度进行了分析,简化为单支梁的力学模型,将钢结构常用的设计控制条件与平台梁的实际结构形式及梁的截面相结合.并从20个钢平台中提取有关数据汇总,得出一个修正系数.推出以梁的刚度条件作为设计的第一控制条件,首先选择梁的截面,再用强度条件进行校核的简单且实用的平台梁计算方法.它可以避免工程技术人员在处理这类问题时,不愿重复计算而照套同类设备或在把握不大的情况下,盲目加大结构尺寸,最后对应力情况及挠度值还是不了解而造成使用材料不合理的现象.     

高层建筑风载体型系数取值的探讨

采用计算流体动力学软件FLUENT,对不同截面尺寸和高宽比的高层建筑模型表面的平均风压分布进行了数值模拟,探索了上述因素对立面风载体型系数sμ的影响规律.在数值模拟方法获得平均风压系数的基础上,分别利用规范方法(体型系数取总体加权平均)和精确方法(体型系数沿立面变化)计算各模型的基底剪力Fx和基底倾覆力矩My,发现规范方法将会高估模型的基底剪力和基底倾覆力矩,使设计偏于保守.为了获得合理的风荷载,又能包络表面局部的最不利风荷载,根据sμ沿立面的分布和变化规律,提出了轮廓尺寸为100 mm×100 mm×600 mm的高层建筑模型(实际尺寸为50m×50m×300m)按立面分区和取值的建议.     

大型低矮圆柱壳结构风荷载特性的风洞试验

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明：大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压和脉动风压的相关性分析表明,准定常理论仅对外表面的背风区适用.对各测点风压时程数据进行三阶和四阶矩统计量分析,研究低矮圆柱壳表面风压的非高斯特性.结果显示：绝大多数测点的概率密度偏离高斯概型.为了便于设计应用,给出非高斯峰值因子的参考数值.与以往试验结果的比较表明：不同高径比的圆柱壳风荷载有所不同,负压区的体型系数绝对值随着高径比的增大而增大.     

夹芯复合材料耐压壳舱段仿真计算及临界环肋高度确定方法研究

本文基于Abaqus有限元仿真软件,针对夹芯复合材料耐压壳舱段有效支撑的临界环肋高度问题进行了计算分析.论文首先结合相关试验结果,对仿真计算方法进行了验证.然后建立了共3个系列15个有限元模型,对在不同腹板铺层方式、不同尺寸的T型截面舱段环肋结构支撑下的夹芯复合材料耐压壳长舱段进行了临界屈曲载荷的计算,并得到以下结论.通过设置环肋可以有效地增加夹芯复合材料耐压壳长舱段的稳定性.当环肋的支撑刚度增加到一定值时,长舱段的屈曲模态会从整体屈曲转变为被环肋边界限制在舱段范围内的的多段的单分段屈曲模态,该环肋高度称为环肋有效支撑的临界环肋高度.环肋有效支撑的临界高度可以通过屈曲载荷随腹板高度的增长趋势图中两段直线的交点位置来确定.当环肋高度大于临界环肋高度时,结构的分段屈曲载荷与环肋的属性关系不大,主要与夹芯圆柱壳自身的尺寸与材料属性有关.经计算,本文所分析的夹芯复合材料耐压壳结构其分段自身屈曲载荷可达7.0MPa.     

大跨度双层扭网壳结构的优化分析

在构造双层扭网壳结构优化的最小造价目标函数后,以网壳结构的矢跨比、网格尺寸、网厚度为设计变量,采用0.618法与穷举法,编制了优化设计程序LSD,通过优化计算,得出结构在轻屋面体系时,跨度在50～80 m的最优网格尺寸和厚度,并将计算结果归纳为经验公式.     

双层肋环式球面网壳结构预应力优化设计

以拉索预应力空间网壳结构的预应力值P、杆件横截面尺寸变量Ab和拉索截面尺寸变量A(?)以及工程中常用的两种球节点体积为设计变量,以结构自重为目标函数,采用分级优化算法对预应力空间网壳结构进行了优化设计,并采用Algor软件对设计结果进行了验证。通过对比分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

TTU标模风压数值模拟的雷诺数效应

采用TTU(Texas Tech University Building Model)标准低矮建筑模型为研究对象,基于Fluent的计算流体动力软件平台,分析了网格划分、湍流模型等因素对数值模拟结果的影响,并计算了不同雷诺数下结构表面风压.分析结果表明:各种比例模型下类似网格分布中,保证模型表面y+数值的一致,网格对计算结果的影响有限;不同雷诺数条件对TTU标模屋檐处风压分布影响明显.     

基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明：大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.     

兆瓦级太阳能热气流发电站风荷载的数值模拟

针对发电功率为100 MW的太阳能热气流发电系统进行几何尺寸设计,运用计算流体力学(CFD)方法对兆瓦级太阳能热气流发电站的平均风荷载进行数值模拟,得到烟囱和集热棚内、外风场和风压分布规律.根据风工程理论计算烟囱表面的压力系数和风载体型系数,与规范中圆截面构筑物的体型系数以及相关结构的风洞试验值进行比较.结果表明,模拟值与规范值基本吻合,这说明运用CFD方法对超高耸结构进行风荷载模拟是可行的.绘制体型系数曲线,研究烟囱沿圆周方向和高度方向平均风荷载的分布规律,结果表明,圆截面高耸结构的体型系数随高度的增大而减小.     

开孔双层球面网壳结构优化设计

以某火力发电厂干煤棚双层球面网壳结构为工程背景,以结构用钢指标为目标函数,利用有限元软件ANSYS对该开孔双层网壳结构进行弹性阶段的整体优化计算,优化后节省钢材约28.4%;进一步应用ANSYS参数化设计语言（APDL）进行编程,分析了网壳矢高、网壳厚度和杆件截面面积三个因素对用钢指标的影响规律：本网壳结构用钢指标对网壳厚度变化最为敏感,杆件截面面积变化的影响次之,矢高变化对结构用钢指标影响最小。计算结果将为此类网壳结构最优设计提供有益参考。     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.