DESIGN SCHEME BY THE CHAMPION TEAM OF THE "THEORETICAL DESIGN AND OPERATION" OF THE 11th NATIONAL ZHOU PEIYUAN COMPETITION ON MECHANICS FOR COLLEGE STUDENTS OF CHINA

本文主要介绍了清华大学代表队在第十一届全国周培源大学生力学竞赛"理论设计与操作"团体赛中的解题思路、操作过程和设计方案,简要总结了此次参赛的经验和教训。     

第十二届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛“自停滚轮”项目设计方案

本文介绍了江苏科技大学代表队在第十二届全国周培源大学生力学竞赛“理论设计与操作”团体赛“自停滚轮”项目中的设计方案和制作过程,给关心和热爱该比赛的力学爱好者提供参考。     

DESIGN AND PRACTICE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION EXPERIMENT PROJECT IN STRUCTURE DESIGN COMPETITION1)

结合土木工程专业大学生结构设计竞赛的特点和学生实践能力培养要求,为了研究结构设计竞赛竹皮构件的受力性能,以竞赛用竹皮和胶水为原料,设计了学生科技创新实验项目,对不同长度、厚度的竹皮构件分别进行抗压、抗拉、抗弯实验和胶水与竹皮的复合强度实验,通过对构件加载进行承载力测试。实验表明厚竹皮的拉、压、弯荷重比性能较好,胶水滴注可以提高竹皮的荷重比,竹皮构件受压非线性特性较为明显。该创新性实验项目紧密结合结构设计竞赛开展,具有极强的实践性和研究性,有利于培养学生的团队协作和创新能力。     

结构稳健性设计与考虑不确定因素的优化设计的比较

用典型的三杆桁架结构设计问题，进行了结构稳健性设计与考虑不确定因素的优化设计的比较，通过用蒙特卡罗模拟法对设计结果的结构可靠性计算，表明两种设计在提高结构可靠性上是一致的，但结构稳健性设计更具有有效控制结构特性散布的优点。     

考虑材料设计变量的热-固耦合结构的优化设计

从材料-结构协同设计的角度研究了热-固耦合结构的优化设计问题,将决定结构材料性质的细观参数与结构宏观几何参数作为设计变量,利用均匀化方法推导了细观设计变量灵敏度显式计算式,并结合耦合场有限元方程构造了耦合场设计变量灵敏度计算式;提出了材料-结构协同设计的三种优化设计模型.利用结构响应最小优化模型对算例进行了计算,比较了宏观设计变量优化和材料-结构协同设计优化的效果.计算结果显示,材料-结构协同优化设计可以取得较单一宏观设计变量更好的优化效果.     

结构动力优化设计述评与展望

结构动力优化设计是当前工程结构设计研究领域中的前沿性课题。文中着重从结构动力特性优化、结构动力响应设计、结构动力灵敏度分析和基于可靠性的结构动力优化设计等四个专题方面对结构动力优化设计研究的发展与现状进行了述评,并粗略地展望了结构动力优化研究未来的发展趋势。      

结构鲁棒设计方法及其应用

本总结当前国内外鲁棒设计的研究成果,介绍并评述各种鲁棒设计方法,提出在工程结构设计中运用该方法的设想,算例表明结构鲁秦设计的优越性,并展望在船舶结构设计中应用的前景。     

精密及缺陷信息条件下的结构可靠性设计

概率方法一直以来被认为是处理不确定现象的最有效的方法.传统的概率可靠性模型建立在随机变量的分布函数基础上,需要较完整的数据信息.在结构设计问题中,有关载荷、抗力等影响因素的统计数据一般是稀少的或缺乏的,信息往往以非完整的形式出现.此外,结构的安全设计还需考虑结构和环境的相互作用,结构设计、分析、评价以及制作过程中可能存在的误差等,有些不确定因素不能归于随机性.因此,需要发展新的结构可靠性设计模型和方法,以克服传统的概率可靠性方法的局限和不足.本文对精密及缺陷信息条件下的可靠性设计模型和方法进行综述,内容包括随机可靠性设计模型与方法、非完整信息下的可靠性分析和设计、模型误差和主观不确定的影响、复杂系统优化求解策略、以及今后的研究展望.      

基于有限元法的车载炮摇架和上架的静动态设计

讨论了应用有限元法进行车载炮摇架和上架静动态设计的方法,建立了摇架和上架的有限元模型,叙述了摇架和上架作为一个整体时的受力分析及单元类型的选择.通过静态刚度和强度分析,得到摇架和上架静载作用下的最大位移和应力,通过动态响应分析了解到其动态特性.由此找出了原方案结构设计中存在的问题及结构的薄弱环节,通过对结构的改进使其逐步达到设计要求.所提到的方法可推广到火炮其它部件的结构动态设计中.     

折纸及其折痕设计研究综述

折纸是指不经剪裁和粘接,将二维平面纸张折叠成三维立体的方法,具有设计简单、成形迅速、适用范围广等优点,在可展开式结构、结构组装与自成型等领域有着广阔的应用前景. 本文首先简述了多种典型的新式折纸应用,如屈曲诱导的微尺度三维结构、可折叠太阳能电池板、DNA螺旋组装结构等;根据折纸的曲线折痕数量、相对运动、刚性折叠面、使用纸张数量界定折纸的分类;然后 折痕设计是实现折纸结构的核心问题,着重阐述了折纸的折痕设计方面,包括梳理折痕设计的基本条件,给出若干典型折痕设计如三浦折痕设计、水弹折痕设计、吉村式折痕设计和对角线型折痕设计,介绍典型折痕设计的显著特点及几何条件,将目前折纸折痕设计的创新方法归纳为对经典折痕设计适当改进、形成折痕设计数据库、利用拓扑优化方法、借助成型的汇编算法等;最后,基于当前折纸的研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及到可重构折纸结构、四维折纸、多材料折纸和多尺度折纸等.      

数字状张拉整体结构的构型设计与力学性能模拟

针对大型张拉整体结构的设计问题,选取四棱柱状张拉整体结构和截角正八面体状张拉整体结构作为基本胞元,采用节点连接节点的方式建立球柱组合式数字状张拉整体结构,并使用基于结构刚度矩阵的大变形非线性数值求解方法对其进行力学性能分析.在两类胞元满足各自的自平衡条件和稳定性条件的前提下,组合得到的数字状张拉整体结构亦处于自平衡稳定状态,搭建了实物模型进行验证.以数字8状张拉整体结构为例,模拟研究了结构承受自重等分布载荷和单轴拉压等端部载荷时的静力学响应,以及结构无阻尼振动时的固有频率和模态等动力学性能.结果表明,结构在自重作用下的变形行为受初始预应力、压杆密度和拉索刚度的影响较大,对其进行合理配置方可确保结构具有足够刚度抵抗自重;结构在单轴拉压作用下呈现非线性的载荷-位移曲线,拉伸刚度随变形量的增大而增大,压缩刚度随变形量的增大而减小;结构的固有频率随初始预应力的增大而增大,而模态振型基本不变.研究结果丰富了大型张拉整体结构的外形种类,有望推动此类结构在土木建筑、结构材料等领域的应用.      

飞机风挡结构抗鸟撞一体化设计技术研究

结合大型非线性有限元分析软件,实践了飞机风挡结构由初步设计、数值仿真以及实验验证的一体化设计过程,建立了适于风挡结构材料的非线性黏弹性本构计算接口程序,对合理选取单元类型、材料模型、边界条件影响以及试验设计等工作细节进行了深入研究,通过实验与仿真计算结果的对比,验证了数值仿真计算模型的精度．为飞机风挡的抗鸟撞结构设计-数值仿真-实验验证一体化技术提供了支持论证．     

结构设计竞赛中风力发电塔模型设计与制作

以第三届全国大学生结构设计竞赛为背景, 介绍了浙江大学参赛作品的设计与制作过程. 本届结构设计竞赛与往届相比, 命题中引入了多学科交叉的元素, 以设计制作木结构风力发电塔为目标, 除了要求结构具有足够的承载能力和刚度外, 还要求风力机具有尽可能高的发电量, 模型设计与制作难度非常大. 浙江大学参赛队将理论与实践紧密结合, 设计并制作出与本届竞赛试验条件相适应的风力发电塔, 取得了优异的成绩. 本文的设计思路和模型制作方法对结构设计竞赛有一定的参考价值.
     

风筝设计及其在航空教育实践中的应用

为了使风筝能够更好地在青少年航空教育教学实践中得到推广,本文阐述了风筝构造、空气动力,以及受力与稳定性分析等风筝设计的相关概念与原理,介绍了美国NASA航空教育的风筝设计软件Kite Modeler,以及自己的教育教学实践情况。实践表明,风筝设计、制作、放飞是一项集简易航空器设计、手工制作、体能锻炼、休闲娱乐等为一体的实践活动,在大中小学航空教育中具有良好的现实意义。     

无网格径向点插值法在拓扑优化中的应用

论文基于无网格径向点插值法(RPIM)对连续体结构进行拓扑优化设计.以高斯点的相对密度为设计变量,以结构的柔度最小化为目标函数,利用带惩罚的各向同性固体材料模型(SIMP)和优化准则法,建立了设计变量的迭代格式.利用灵敏度过滤技术有效地消除了点状棋盘格现象.给出了相应的计算流程,并用Fortran程序语言实现其算法.算例证明,应用无网格径向点插值法能够有效地对连续体结构进行拓扑优化设计.     

岩质边坡设计坡角和锚固方案的确定

本文运用赤平极射投影、块体理论和岩体力学的基本原理, 试探求一种可供边坡工程设计采用的确定人工岩质边坡最大安全设计坡角和锚固方案的简易方法。     

微电子封装结构设计与仿真分析

近年来半导体相关科技产品快速的朝高密度、高效能、多重物理特性与微小化发展,除上述 趋势外,微电子产品尚需保有高可靠度、低制造成本与缩短上市时程等必要特性才可应付国 际上激烈的竞争. 面对此一制程技术的快速变迁与高难度及高整合性制程革命性时代的到来, 下世代封装技术的研究发展已面临了极大的挑战. 随着产品的高复杂度与微小化的发展趋势, 若以传统实验及试误法(Try and Error)的设计方式来进行产品的研发,其所耗费的金额与时间将过于庞大与漫长,因此以模 拟分析法取代耗时耗钱的实验来进行产品研发的重要性与必然性已逐步提升,并受到国际各 半导体相关大厂的重视与采用.     

?????????С??????????????е????

为开展小型飞机起落架结构的轻量化设计工作,本文首次将有关的强度规范引入其中, 并以杆件的强度与失稳载荷作为限制条件,采用位置优化与尺寸优化进行起落架结构的最小 重量设计. 由算例可知：仿真的优化计算与实验结果相符合;理论分析与航模载重参赛飞行 情况也表明：此法不仅可行而且有效,可以用于类似的小型或者超轻型飞机的起落架结 构设计.     

基于移动可变形组件法(MMC)的运载火箭传力机架结构的轻量化设计

传力机架是运载火箭箭体与发动机连接的关键部件,负责将发动机推力载荷有效的传递至箭体,其结构的轻量化设计不仅可以保障火箭发动机的推重比、提高火箭的稳定性,还可以为我国未来可重复使用式火箭的研究提供一定的参考.本文在移动可变形组件(moving morphable component, MMC)的框架下,提出了一种解决传力机架结构轻量化设计的方法.在该方法中,机架结构的拓扑通过一组具有显式几何信息的组件来表示,这使最终优化布局可以被少量的设计变量所描述.通过分析传力机架结构设计的特点和要求,以刚度最大化为目标,体积分数(保证结构重量)为约束,建立了基于MMC显式拓扑优化方法下的问题列式.同时搭建了可对工程中传力机架结构轻量化设计的平台,并进行相应结构的拓扑优化.在两种载荷工况(即零位状态和摇摆状态)作用下,最终优化结果在中间推力载荷区域与锥段相连位置之间,所形成的较大翼板结构增强了传力机架的抗弯能力.通过与传统机架结构的对比,证明了本文所提出方法在传力机架结构轻量化设计方面的有效性.     

基于实验设计法的桁架结构几何优化

本文用基于实验设计法的优化程序对桁架的一组结构布局的布局优化问题进行了杆件全应力条件下几何优化计算,结果表明基于实验设计法的结构优化方法对于多设计变量优化问题的适用性．结构布局的几何优化结果表现了合理的一致性．