结构的塑性大变形和冲击结构力学

由近海工程、核能工程和交通工程中提出了许多结构塑性大变形和结构在冲击作用下的动力响应的问题.本文给出了一些典型例子及其力学模型.描述了能量吸收装置、复合材料结构元件、多孔材料及其他非金属材料研究的重要性.也提到了相关的理论课题.     

新工科背景下的材料力学虚拟实验仿真范例库建设

面向新工科创新拔尖人才培养,建设了材料力学课程专属的虚拟实验仿真范例库,尤其融入了火箭筒壳轴压稳定性分析与设计、冬奥滑雪头盔变刚度抗冲击设计等工程案例,构建了问题导引、交互、体验、反思为一体的信息化混合式学习场域,完善了材料力学科教融合工程化教学资源体系。该范例库基于Python语言建立了一系列标准构件及工程实例的建模与有限元分析参数化脚本,可实现典型工程结构的强度、刚度和稳定性有限元分析的自动实施与演示。在此基础上,本文还提出了材料力学课程全学习周期多元形成性评价体系,实现对学生新形势下学习状态与能力的诊断性评价,以促使学生合理制订学习规划并自主开展学习,使得虚拟实验技术的实际教学效果最大化。教学实践表明,该虚拟实验仿真范例库有利于培养学生工程创新能力,激发学生力学报国情怀,成为材料力学课程思政的重要载体。

     

生物结构自适应性的力学研究及其应用

以生物的骨组织、竹子以及植物根系、动物血管等生物分枝系统为例, 从微观组织结构和宏观形态, 以力学的观点, 对生物形态组织结构的自适应性进行了分析研究, 并概括地介绍了这种自适应性在工程材料及工程结构设计中的应用, 如基于骨组织重建机理的自修复材料、基于生物分枝系统形态生成机理的薄板加强筋以及热传递系统中散热通道的分布设计等. 模拟生物结构和系统的工程材料和结构及其设计方法, 因具有与生物结构和系统相似的优越性能, 可突破传统产品和设计方法的一些局限性. 基于仿生技术的生物形态、材料与机能、强度等关系的进一步研究, 以及相关的理想工程材料和结构的设计与制造方法的研究, 将是当前和未来十分重要的研究课题.      

复杂工程结构构件的预应力光弹性分析方法及应用

本文提出了一种后张法预应力光弹性实验方法与技术，并用该方法解决了三峡工程升船机的试验机－清江隔河岩水利枢纽第二级垂直升船机承重结构的楼板与深梁的预应力分析问题，实验结果已被工程单位所采用。     

结构力学虚拟仿真实验教学研究

基于结构力学实验,应用Flash开发系统建立了结构力学实验的虚拟实验环境和虚拟实验物理的模型.通过将实验对象的数学模型引入到虚拟实验对象状态控制程序的方法,实现了对结构力学虚拟实验对象的实时判断和实际数据库的动态链接,使虚拟实验系统具有完好的交互性和实验现象、规律、实验结果的准确性.为加强实践教学环节提供了另一种实验教学的手段,为力学实验教学网络化提供了可视资源.     

工程结构优化设计

从结构工程的角度，介绍了结构优化设计与传统设计的异同点；概述了结构优化设计的数学模型的一般描述形式，简述了设计的数学求解方法；重点通过几个工程实例，比较详细地给出了相应工程结构优化设计模型的建立过程，并给出了优化结果。     

MSC折纸结构设计及其双稳态解析与实验

折纸是一门古老艺术,其本质是将平面材料沿着事先设计好的折痕进行折叠,进而形成一个复杂的三维结构．柔性折纸结构是实现三维结构轻量化的重要途径．因此,解析折纸结构几何特性和力学性质十分必要．本文以MSC(Magic Spiral Cube)为研究对象,通过实际折痕和虚拟折痕的方法,建立了该结构的几何模型,确定了实现完全展开和完全折叠对刚性面和可变形面的设计条件,在虚拟折痕上引入了扭转刚度,证明了该扭转刚度与柔性面变形的等效性,从而得到了MSC 折纸结构的弹性势能,得到了使结构变形的力与位移本构．通过力学特性分析,发现了MSC折纸结构具有双稳态特性,这种特性是由面内变形诱发的,与虚拟折痕刚度与弹性折痕刚度的比值有直接的关系．最后,我们对MSC折纸结构进行设计和制备,通过实验,验证了理论 模型的准确性．本文的研究结果不仅进一步加深了我们对于MSC折纸结构力学特性的认识,同时也为其工程应用提供理论基础．     

轻质结构材料力学性能虚拟教学实验平台的开发与应用

结合“新工科”力学类人才培养体系的要求,开发了轻质结构材料力学性能虚拟仿真实验平台。该平台采用基于Unity3D的WebGL技术,能够开展轻质点阵夹层结构设计与力学性能的三维仿真实验;利用该平台学生可以进行轻质结构材料的设计流程训练、点阵夹层结构设计方法训练、点阵夹层结构力学性能实验表征方法训练,从而掌握轻质结构材料力学设计流程、设计方法以及设计原理,增进对轻质结构材料承载需求的了解。实验核心内容包括轻质结构材料典型单胞设计及力学性能实验表征,实验结果为满足承载要求的轻质结构材料尺寸及力学性能实验数据。实践证明,该虚拟仿真实验有效解决了新材料设计实验教学难度大、成本高、耗时长,以及实验资源匮乏、无法满足新时期本科教学的问题。     

工程结构优化程序系统ESSOS

本文介绍一个实用化的工程结构优化程序系统。该系统基于一种先进的结构优化算法，对大型复杂结构的优化设计具有很好的适应性；系统具有易为工程人员掌握的前后置处理功能，最后给出一个模拟的航天器太阳阵结构优化算例以验证系统的有效性。     

结构有限元分析并行处理的研究进展

在过去20年, 由于并行计算机的出现, 对结构工程应用的有限元算法研究已取得很大的进展. 为了将串行机上运行的算法改成并行和研制适应于并行计算机的新方法, 一直在进行大量的研究. 本文论述了该领域一些已有的有限元并行算法, 对适应结构工程的一些有限元并行算法进行概括. 对该领域的未来发展趋势作了展望.