第十一届全国周培源大学生力学竞赛"理论设计与操作"团体赛冠军队设计方案

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 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。     

大学生结构设计竞赛方案设计原则及案例分析

在结构设计竞赛中,结构方案的优劣对竞赛结果起着至关重要的作用,素有"方案为王"的说法。对结构方案设计的总体原则进行了总结,并以上海交通大学代表队在第十一届全国大学生结构设计竞赛上的获奖作品为例,介绍以上方案设计原则在实际操作中的应用。     

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。     

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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.     

飞行器板筋结构优化设计的试验验证及分析

针对国内在结构拓扑优化上理论研究多、实验验证少的现状, 采用"敏度阈值" 等优化手段获得"创新结构", 并重点开展了传统与创新结构的试验对比与分析工作. 试验结果与数值仿真不仅具有良好的一致性, 而且还得到创新结构比传统结构刚度大(10%~30%), 应力低(10%~20%) 的结果, 运用"结构能量" 概念和能量原理给出了合理的解释. 对比试验不仅验证了敏度阈值等优化技术可以获得创新结构, 也为结构拓扑优化推广应用提供了宝贵的试验支撑.     

第十届亚洲土木工程邀请赛某参赛模型结构设计与分析1)

第十届亚洲土木工程邀请赛的题目为制作一个可承受静载荷和动载荷的弯桥,要求模型具有足够的承载力和合理的刚度,且模型质量尽可能小。针对西南交通大学代表队的参赛作品,从材料力学性能、桥梁概念设计、数值优化等几方面,阐述了结构优化步骤和方法,对比了静、动力仿真分析 和实体模型试验,总结了模型设计的优点和不足。本文可为今后的类似赛事提供参考。     

基于拓扑优化的机床床鞍创新构型设计

静力特性与动力特性是进行机床关键部件设计必须要考虑的重要方面.基于结构拓扑优化技术,本文建立了两种机床关键部件创新构型(结构形式)设计的数学模型,针对DLH20数控机床床鞍进行了创新设计,获得了新的设计方案.与原有设计方案相比,在质量减少3.34%的情况下,结构的静刚度得到了大幅改善,最大位移降低幅度超过了22%;结构的固有频率也得到不同程度的提高,最高增幅可达24.59%(第三阶固有频率).     

STRUCTURE DESIGN AND ANALYSIS OF A COMPETITION MODEL FOR THE 10th INTER-UNIVERSITY INVITATION CIVIL ENGINEERING COMPETITION1)

第十届亚洲土木工程邀请赛的题目为制作一个可承受静载荷和动载荷的弯桥,要求模型具有足够的承载力和合理的刚度,且模型质量尽可能小。针对西南交通大学代表队的参赛作品,从材料力学性能、桥梁概念设计、数值优化等几方面,阐述了结构优化步骤和方法,对比了静、动力仿真分析 和实体模型试验,总结了模型设计的优点和不足。本文可为今后的类似赛事提供参考。     

正态和非正态分布下结构系统的可靠性分析

本文在分析现有计算方法的基础上,提出了适合于多种结构系统可靠性分析的五种评价衡准.在失效概率的计算过程中,考虑了多种分布形式及随机变量间、失效形式间的相关性,从而为结构系统的最优可靠性设计提供了可靠的设计依据。     

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开合屋盖结构是一种较新的结构形式,能在很短的时间内对可动屋面进行开合操作,使得建 筑物在可动屋面开启或关闭的两个状态下都可以使用. 本文介绍了几种典型的结构形式. 由于屋面可以移动,使得整个结构的设计与常规建筑相差很大,十分复杂. 开合屋盖结构的 设计额外增加了机械系统的设计,而且机械系统又影响着建筑和结构的设计. 可以说,开合 屋盖结构的设计是建筑、结构、机械系统设计三者的统一.     

结构非线性振动智能控制试验与分析

在结构动力学与控制领域中,试验验证对于理论与数值研究是非常重要的. 但是,目前的模型试验大部分都只考虑结构的线性行为,所以考虑结构非线性振动的试验模型成为一个研究热点. 采用磁流变旋转阻尼器来模拟结构中的塑性铰,并通过调整输入到此旋转阻尼器中的电压来实现不同的非线性行为,然后在不同的非线性行为下验证了动态神经网络观测器和自适应模糊滑模控制算法的有效性. 试验结果表明建立的结构非线性试验模型可以在试验完成后不需要任何代价而恢复到初始状态,并且能够实现不同的非线性行为,同时采用的智能控制算法对结构非线性振动也有较好的控制作用.      

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.      

现代结构系统可靠性分析理论发展概况及若干应用

本文概述了现代结构系统可靠性分析理论的发展历史、动向和存在的问题。简要分析了FTA和PISA两大工程可靠性分析学派所采用的分析方法的属性、特点和适用范围。从实用的角度出发,对目前欧美各国飞机、船舶、压力容器和民用建筑设计中广泛使用的细节可靠性分析与设计方法作了综合评介,并根据近年来的发展情况,对这门新兴学科未来的发展与应用前景作了粗线条的预测。      

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.      

开孔薄板的变分原理及屈曲和过屈曲分析的有限元方法

本文以开孔薄板大挠度问题的一般理论为基础,建立了以挠度 w 和应力函数F为未知量的变分原理,并由此建立了用于分析开孔薄板屈曲和过屈曲问题的有限单元法可以看到由于区域的多连通性,单元性质是较为复杂的。     

深海多工况载荷作用下软管连接器结构强度分析

在深海复杂特殊的环境下,海底软管连接器受多种载荷工况作用,会对海底管道安全运营以及整个水下生产系统的可靠性产生影响,从而对连接器的结构安全性能提出了更高的要求。基于此,以南海某气田软管鹅脖连接器深海安装工程为例,介绍了所应用的鹅脖连接器的工作原理和基本参数,分析了鹅脖连接器相较于传统立式连接器的优势。利用实验设计优化技术,针对鹅脖连接器在软管平铺阶段、连接器测漏和静水压测试三种深海工况进行了极限载荷计算研究,并在此基础上开展有限元模拟仿真计算分析和强度校核。结果表明：在不同载荷工况下对鹅脖连接器进行完整载荷工况检查,各工况条件下鹅脖连接器法兰上施加的所有载荷均满足要求;鹅脖连接器在各工况下整体应力均小于许用应力,整体结构综合强度足够,满足安全规范;各工况最大应力均集中在90°弯头处,对其进行强度校核,满足美国机械工程师协会 (American Society of Mechanical Engineers,ASME）标准使用要求。本文分析结果可为水下软管连接器的结构优化设计和深海安装提供理论基础和技术参考。

     

考虑结构失稳特征的复合材料机翼气动弹性优化设计

从工程数学求解和有限元分析角度对复合材料结构的稳定性分析方法进行研究,基于这两个方面分别建立了同时考虑壁板稳定性约束和气动弹性约 束的气动弹性优化技术,并以大展弦比复合材料机翼为对象,进行气动弹性综合优化设计。研究表明,机翼气动弹性优化中若不考虑稳定性约束条件,虽然可以获得较小结构重量,但往往不满足稳定性要求;相比从有限元角度考虑结构失稳特征的气动弹性综合优化设计方法,通过工程数学方法对机翼结构进行分区失稳分析优化可以更加精准地控制变量,在满足各项性能指标,特别是稳定性约束的同时,进一步减轻了结构重量,提高了结构失稳因子。     

结构变形对气动力影响的计算分析

本文介绍了笔者在静气动弹性效应的理论与实验研究中的若干进展。静气动弹性研究涉及作用于飞行器的气 力与结构变形的相互作用,是研究飞行器的风洞试验数据和飞行试验数据相关性的一个重要方面。文讨论了在进行静气动弹性分析时对一些总理２的处理并对风洞试验模型及某型导弹进行了计算,结果表明,对于所选算例,结构变形使升力线斜率降低,压心前移。