摘要：铸钢节点普遍采用基于经验的传统设计方法,越来越难以满足工程实践和智能制造时代发展的需求。利用衍生式设计方法对某实际工程四分叉铸钢节点的合理构型进行了智能设计研究。详细阐述了衍生式设计的基本方法及数学模型,采用衍生式设计智能生成了若干个四分叉铸钢节点,根据受力性能和成本的评估指标选取了代表性衍生节点,并将代表性衍生节点同初始设计节点、拓扑优化节点和焊接空心球节点进行受力性能的对比分析。为验证衍生式设计结果的可制造性,采用3D打印技术制造出代表性衍生节点的缩尺模型。研究结果表明:利用衍生式设计方法自动生成的四分叉铸钢节点形态具有多样性和创新性;衍生节点模型与其他类型节点相比具有更轻的质量和更佳的受力性能,最大可使节点的质量较初始设计节点减轻3.18%,最大等效应力降低24.78%及最大位移减少37.36%。

摘要：三维实体模型的智能生成技术是结构智能设计的核心环节。为了克服这一关键技术难题,实现结构的智能设计,提出了一种结合3D生成对抗网络(GAN)与逆向工程技术生成三维节点实体模型的方法(3D-JointGAN)。首先阐述了该方法的基本思路、相关理论和具体实现过程;然后应用该方法对实际工程的三分叉铸钢节点进行智能生成设计,并将评估筛选出的代表性节点与焊接空心球节点、仿生节点和拓扑优化节点的受力性能指标进行对比分析;最后通过3D打印技术制造出代表性节点的缩尺模型,验证了智能生成结果的可制造性。研究结果表明:基于GAN的节点模型生成方法具有强大的生成和优化能力,不仅可生成创新的、高逼真度的多种三维实体模型,并且评估筛选的代表性节点具有更优异的受力性能,其中代表性节点a、b、c相较于初始节点质量降低了22.42%、26.82%、22.62%,最大位移降低了43.71%、38.34%、42.49%,最大等效应力降低了8.29%、5.28%、6.94%。

摘要：传统十字板式节点应用广泛,但样式单一且材料布局不尽合理,为此,提出了一种基于边界平衡生成对抗网络(BEGAN)的十字板式节点新构形智能生成方法,可以生成多种造型新颖且性能更优的节点构形。基于变密度法定义最大化刚度为优化目标,通过调整优化参数获取大量不同工况下的十字板式节点拓扑优化结果,建立深度学习数据集。基于开源深度学习框架TensorFlow搭建BEGAN,深度学习数据集样本的真实分布,通过定义标签类型智能生成相应工况下的节点新方案。评估分析生成方案的新颖性、多样性、力学性能与质量,并借助三维重构技术与增材制造技术分析了智能生成节点的制造可行性与美观性。研究结果表明:该方法经过25次迭代训练即可稳定收敛,不仅能够高效地批量化智能生成创新性突出的若干节点设计新方案,满足结构设计的多元审美要求,而且能够优化节点的力学性能与材料用量,解决十字板式节点的材料布局不尽合理问题。

摘要：为了掌握铸钢分叉节点与构件连接时焊缝的疲劳性能,利用等效结构应力法对铸钢分叉节点的环形对接焊缝进行了疲劳分析。通过等效结构应力场和缺口应力场确定网格不敏感结构应力,并综合考虑裂纹扩展、缺口应力和疲劳寿命等影响因素,实现等效结构应力的转化,再结合疲劳设计主S-N曲线对焊缝的疲劳寿命进行计算;在ABAQUS静力分析的基础上,利用基于等效结构应力法原理而开发的有限元分析软件FE-SAFE/VERITY,对铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命进行了分析。研究结果表明:铸钢分叉节点主管端部的环形对接焊缝最危险处的循环次数为105.711;等效结构应力法具有网格不敏感性,利用等效结构应力法能够较好地预测铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命。

摘要：针对树状结构Y形铸钢节点质量过大和应力分布不均衡等问题,采用拓扑优化方法对竖向荷载作用下Y形铸钢节点的最优形态进行了研究.首先阐述了拓扑优化的基本原理和计算流程,然后应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器对Y形铸钢节点原始模型进行了拓扑优化,得到了优化后的单元密度云图与单元等值面图,进而分析比选阈值0.9的单元密度等值面节点模型作为拓扑最优模型.最后将该拓扑最优节点与工程中常用的焊接空心球节点模型、基于经验设计的两分叉树状节点模型和基于拓扑优化结果新设计的节点模型共四种铸钢节点模型方案的受力性能进行了对比分析.研究结果表明,拓扑优化节点应力分布最均衡,受力性能最优良,可为铸钢节点的选型设计提供参考,利用拓扑优化方法寻找铸钢节点的最佳形态是有效可行的.

摘要：针对铸钢节点质量过大和应力分布不均衡等问题,采用拓扑优化的方法对竖向荷载作用下四分叉铸钢节点的最优形态进行了研究。利用SolidWorks三维建模软件建立原始节点模型并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器对其进行了拓扑优化,分析惩罚因子、棋盘格控制等优化参数的影响,经多次对比调试得到四分叉铸钢节点的最优拓扑模型。以两种实际工程节点为算例,分析拓扑优化方法用于节点优化设计的实际效果。将拓扑优化节点有限元模型转化为STL文件,并将其导入切片软件中进行代码编译,应用FDM技术、SLM技术及快速铸造工艺等3D打印方式制造拓扑优化节点的缩尺模型。研究结果表明:拓扑优化可以在保持节点良好力学性能的同时降低铸钢节点的自重,利用拓扑优化的方法寻找铸钢节点的最佳形态是有效可行的;3D打印技术应用于节点制造,不仅可以显著改善制造精度,还可以解决拓扑优化形成的复杂形体采用传统工艺难以制造的关键问题。

摘要：以济宁市某大跨度干煤棚项目为背景,对结构的抗风和稳定性能进行了研究.首先为确定这种大跨度结构的风荷载取值,进行了风洞测压试验,获得结构的风压系数和风压,通过数据处理得到结构的极值风压,并进行数值模拟分析得到结构风致响应.之后,应用有限元软件ANSYS分别计算了结构的线性屈曲特征值、几何非线性及几何、材料双重非线性的极限承载力,讨论了不同初始缺陷值对结构极限承载力的影响.结果表明:结构主要在迎风面受风压力,在顶部和背风面受风吸力,其顶部的风吸力在0°风向角下达到最大;结构位移响应以竖向为主,在180°风向角时出现较大位移;结构在线性屈曲分析下的承载力较高,在不同初始缺陷下结构的极限承载力稍有降低,考虑几何和材料双重非线性后的结构承载力相较于线性分析降低了75%,但仍高于设计荷载,满足规范要求.

摘要：借鉴张弦梁结构(BSS)的构成原理,提出一种改进悬臂型张弦梁结构(CSS),并进行了理论分析和试验研究。通过向上、向下荷载作用下的结构静力和几何非线性分析,得知这种结构以承受轴力为主,并具有良好的稳定性和抵抗不对称荷载的能力。为验证这种新型结构的力学性能,设计了一个直径为5.4m的试验模型,并设计了支承部件、可调索杆、连接节点的制作方案,进而全面考察了索的初始预应力分布以及模型在满跨、半跨加载两种荷载工况下的静力响应。理论与试验研究结果表明,在这两种荷载工况下,模型的静力响应与理论分析结果基本吻合,改进悬臂型张弦梁结构(CSS)受力合理,是一种适于大跨悬臂屋盖的新型结构形式。

摘要：雪荷载对大跨网壳结构的影响相对较大,而且由于风及温度等的作用,雪荷载在屋面的分布往往是不均匀的,确定雪荷载的最不利布置是保证大跨网壳结构安全设计需要考虑的问题。该文提出了一种分区组合法来确定单层球面网壳结构在屋面雪荷载作用下的最不利布置,该方法首先将屋面沿径向分为8个扇区,分别考虑雪荷载布置在不同扇区的排列组合,计算结构的极限承载力,确定雪荷载的径向最不利布置,然后再将屋面按环向分为6个环区,计算并确定雪荷载环向最不利布置,最后组合径向和环向两种情况,确定单层球面网壳结构雪荷载的最不利布置。研究结果表明,当雪荷载布置在半跨并且是最外两环时,结构的极限承载力最低,比满跨和半跨雪荷载工况分别降低24.8%和16.3%。

摘要：南阳玉器超市金字塔形屋顶采用了在国内应用较少的折板网壳结构,工程利用有限元理论对结构进行稳定性分析,计算考虑了几何和物理双重非线性的结构失稳全过程和极限承载力,考查了支座刚度对结构静力和稳定性能的影响。计算结果表明,金字塔形的折板网壳结构具有受力合理及经济技术指标优良的特点。