摘要：三周期极小曲面(TPMS)结构因其优异的力学性能,在航空航天领域关键零件轻量化方面展现出广阔的应用前景.为有效增强TPMS结构力学性能及其轻量化程度,提出一种基于应力场引导的多层级TPMS点阵结构设计优化方法,设计出多层级Gyroid点阵结构,采用激光选区熔化技术制备了相应的点阵结构,并与体积分数相同的初级Ti6Al4V Gyroid点阵结构进行了对比研究.在此基础上,通过有限元模拟和压缩试验,系统研究了多层级Gyroid点阵结构的压缩性能、变形行为和能量吸收性能.结果显示,与相同体积分数的初级Gyroid点阵结构相比,多层级Gyroid点阵结构压缩性能显著提升,其弹性模量、屈服强度和极限强度分别提高了约36.52%,58.55%和57.62%,能量吸收能力提升了约42.85%.此外,与初级Gyroid点阵结构在斜压杆中心区域的45°剪切断裂模式不同,多层级Gyroid点阵结构初期在填充区域发生层状断裂,随后在未填充区域的斜压杆中心区域发生45°剪切断裂.基于Johnson-Cook塑性模型和损伤模型所建立的有限元模型能够准确预测多层级Gyroid点阵结构的变形行为和力学性能,其预测误差在20%以内.文章所设计的多层级Gyroid点阵结构具有优异的力学性能和能量吸收能力,为航空航天领域高性能轻量化零件优化设计与制造提供了新的思路与技术支持.

摘要：为解决水泵机组设备布置与泵装置性能优化之间的矛盾,提出宽体竖井设计方法.基于三维湍流数值计算方法和熵产理论,比较了宽体竖井进水流道与2个常见的尖锥形竖井进水流道的水力特性.设计制作宽体竖井进水流道水泵装置模型,并试验测试5个叶片角下泵装置的能量特性、空化特性和飞逸特性.结果表明:宽体竖井方案与其他2个方案的内流场相似,在设计流量工况下流速均匀度均为95%左右,加权平均角度均大于89°;不同流量工况下,3种方案水力损失均接近,竖井前段熵产仅占后段的7.470%,竖井前段宽体型线对流道能量耗散无影响;当叶片角为0°时,水泵装置效率最高达79.19%;5个叶片角的泵装置临界空化余量均小于6.0 m;当叶片角为-6°时,扬程为2.36 m的最大飞逸转速为278.6 r/min;宽体竖井的水力特性与常规竖井相近,具有可同时满足设备布置与泵装置性能需求的特点.

摘要：研究并探讨了基于应力的双向渐进结构拓扑优化(BESO)法在修正偶应力弹性理论中的应用.该方法允许对尺寸问题相关的微观结构均质连续体进行拓扑优化.其通过引入一种与尺寸相关的,基于修正偶应力理论的,非经典等效应力的新颖公式,对经典的BESO技术进行了扩展,并在体积约束的条件下进行应力最小化设计.设计变量的迭代更新依赖于灵敏度分析,其涉及对目标函数p范数全局应力的直接求导.理论中涉及高阶弹性,因此为了满足有限元实现时需要的C1节点连续性,在插值中将传统的Lagrange插值与一个含待定系数的插值函数相结合.通过三个不同的数值算例,分析了尺寸效应对应力优化设计过程及结果的影响.同时探讨了其他参数包括范数p值和材料体积分数的作用.获得的研究结果证明了所提出的基于应力的BESO方法在涉及尺寸效应相关的拓扑优化设计方向的潜力.

摘要：随着经济和社会不断发展,我国工程建设领域出现了新的发展方向和机遇。基础工程面临复杂工程与水文地质条件、超高超深与大跨结构、环境低影响、绿色低碳与高效工业化等愈加复杂的需求和挑战,这也将持续推动基础工程技术的发展与创新。文章结合近年来我国工程建设的成就与发展,从建筑市政、桥梁及海上风电基础工程面临的基本问题和特点出发,介绍各自领域的研究与技术进展。在建筑市政基础工程方面,重点介绍多塔楼高层建筑整体筏形基础、超高层建筑桩筏基础沉降分析与控制技术,以植入预制桩、高频免共振钢管桩、压入式沉井等为代表的绿色低碳、环境低影响技术,以及既有建筑基础加固与地下空间拓展等城市更新关键技术。在桥梁基础工程方面,重点介绍了冲刷和波浪等作用的相关理论研究,及桩基础、锚锭基础和沉井基础等基础形式的创新发展。在海上风电基础工程方面,重点介绍往复载荷作用下疲劳破坏,波浪辐射及绕射作用,动冰冲击和冰激振动等相关理论研究,及桩式、重力式、吸力筒式、漂浮式等基础形式的创新实践。另外,也简述基础工程在抗震与性能化设计、智能化和环境低影响的施工装备与技术、城市更新面临的既有基础检测、全寿命数字化监测等方面的研究与技术进展。

摘要：建立合理准确的管棚理论分析模型并对其进行求解,对推动管棚预支护技术的进一步发展具有重要意义.本文在隧道开挖、支护的施工过程以及未开挖段由于掌子面扰动而导致管棚约束反力有所降低的基础上,建立了基于Euler-Bernoulli梁理论的管棚荷载结构模型,同时引入Pasternak弹性地基模型来确定初期支护及掌子面前方岩体对管棚的约束反力,推导出每一循环隧道开挖支护过程中管棚的受力和变形解析表达式,并通过叠加法求解掌子面掘进至任意位置时管棚的受力和变形分布;通过案例比对,验证了本文建立模型的合理性和有效性.研究结果表明:管棚钢管环向间距越小、直径越大越有利于提升管棚的预加固能力;管棚合理搭接长度为1.8m.

摘要：采用数值模拟方法开展了8000kJ能级被动柔性防护网的抗落石冲击分析与设计工作。首先,基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对典型被动柔性防护网单环和三环环链拉伸试验、网片顶破试验以及2000kJ能级落石冲击足尺防护网试验进行数值模拟复现,通过与网环最大破断力、破断位移和破坏特征、落石冲击全过程以及防护网钢丝绳内力时程等试验数据进行对比,验证了所采用数值模拟方法的可靠性。然后,分析了钢柱倾角、跨距、高度以及消能装置规格等参数对落石冲击下防护网动力行为的影响,结果表明:消能装置规格是控制防护网内力与位移的关键参数;钢柱倾角建议取10°;增大钢柱跨距会降低结构的面内刚度,而对横向锚固力的影响较小;增加钢柱高度会显著提升柱底支反力;改变钢柱高度和跨距需同时合理调整各钢丝绳的锚固位置。最后,通过调整防护网几何尺寸、消能装置规格和添加横向辅助支撑绳等措施给出了2种8000 kJ能级防护网设计方案,均通过EAD 340059-00-0106标准检验。

摘要：Under complex flight conditions,such as obstacle avoidance and extreme sea state,wing-in-ground(WIG)effect aircraft need to ascend to higher altitudes,resulting in the disappearance of the ground effect.A design of high-speed WIG airfoil considering non-ground effect is carried out by a novel two-step inverse airfoil design method that combines conditional generative adversarial network(CGAN)and artificial neural network(ANN).The CGAN model is employed to generate a variety of airfoil designs that satisfy the desired lift-drag ratios in both ground effect and non-ground effect ***,the ANN model is utilized to forecast aerodynamic parameters of the generated *** results indicate that the CGAN model contributes to a high accuracy rate for airfoil design and enables the creation of novel airfoil ***,it demonstrates high accuracy in predicting aerodynamic parameters of these airfoils due to the ANN *** method eliminates the necessity for numerical simulations and experimental testing through the design procedure,showcasing notable *** analysis of airfoils generated by the CGAN model shows that airfoils exhibiting high lift-drag ratios under both flight conditions typically have cambers of among[0.08c,0.105c],with the positions of maximum camber occurring among[0.35c,0.5c]of the chord length,and the leading-edge radiuses of these airfoils primarily cluster among[0.008c,0.025c]

摘要：面对称高速飞行器在大攻角机动过程中存在气动耦合性强、稳定性弱及非线性、非定常特征显著的问题,这给飞行器气动特性研究、控制系统设计和地面验证提出了新的挑战。本文针对新型高速飞行器控制特性评估需求,以面对称高速飞行器模型为研究对象,在1 m量级高速风洞进行了虚拟飞行试验,设计了低阻尼滚转-偏航两自由度运动机构、小型化舵控装置和高性能无线测控系统,成功完成了多种控制策略下的倾斜转弯(bank-to-turn,BTT)机动试验,实现了控制特性评估与控制律对比、验证,为飞行器气动和飞控设计提供了可靠的试验依据和验证平台。

摘要：为深入探究带缆水下机器人系统水动力与控制力的关系，设计一种水动力混编计算方法。首先引入脐带缆和水下机器人控制方程组，将机器人运动过程中合外力与脐带缆张力、螺旋桨推进力以及机器人主体水动力关联起来；其次设计收放脐带缆和调节螺旋桨转速的控制程序，最后将系统方程组求解程序、控制程序和水动力计算模块三者混编，形成水动力与控制力交互耦合计算方法。仿真计算结果表明，纵摇角、横摇角以及淹没深度仿真值与实验值误差分别为1°、0.5°和-50 mm;PID算法延迟对前馈调节机制产生影响，收放缆最大相对误差为15%，轨迹跟踪最大误差0.3 m。

摘要：为了提高锥台嵌挤预应力约束混凝土的抗侵彻性能、快速获得靶体的预应力大小,需要对混凝土靶体的预应力及其分布规律进行研究。该文进行了锥台嵌挤预应力加载试验,基于试验结果验证数值模型,开展了靶体的环向、径向、竖向的预应力分布规律的研究,并进一步建立基于锥台嵌挤预应力约束方法的力学模型,推导并验证了快速预测公式,为试验研究以及工程应用的预应力优化设计提供参考。