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巨型射电望远镜结构关键技术研究

建筑结构学报 2023年第4期44卷 129-140页

作者：范峰钱宏亮陈德珅沈世钊哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木智能防灾减灾工业和信息化重点实验室黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209

随着射电望远镜口径的增大,自重、风荷载和温度作用等对反射面的形状精度带来前所未有的不利影响,合理结构形式的选择及优化十分重要。从望远镜结构体系创新及轻量化、形状精度控制等方面,对作者团队近二十年来在巨型射电望远镜结构相... 详细信息

随着射电望远镜口径的增大,自重、风荷载和温度作用等对反射面的形状精度带来前所未有的不利影响,合理结构形式的选择及优化十分重要。从望远镜结构体系创新及轻量化、形状精度控制等方面,对作者团队近二十年来在巨型射电望远镜结构相关领域的研究作出总结:从副反射面支撑、俯仰机构、背架结构等三个方面改进巨型全方位可转动望远镜结构方案,提出改进遗传算法解决大规模型材式变量的优化问题,并给出风荷载和温度作用两个精度关键影响因素的作用机理及响应规律;针对新型式巨型望远镜结构,总结“中国天眼”500 m口径射电望远镜结构方案关键设计要点,并给出风荷载、温度作用以及变位疲劳等复杂作用的影响。基于改进的结构方案及优化算法设计的110 m口径全可动望远镜结构,在精度和轻量化方面具有明显优势,所研发的500 m口径射电望远镜结构新型式方案实现了预期的功能和精度要求。

关键词：射电望远镜结构体系创新形状精度控制轻量化

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结构形态学与现代空间结构

建筑结构学报 2014年第4期35卷 1-10页

作者：沈世钊武岳哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090 哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150090

结构形态学从整体上研究结构形式与其受力性能之间的关系,研究内容较广泛,具有多学科交叉的特点,但尚未形成基本理论体系。空间结构是典型的形效结构,而且形式丰富多样,如何实现新颖结构形式与合理结构性能之间的协调统一是空间结构设... 详细信息

结构形态学从整体上研究结构形式与其受力性能之间的关系,研究内容较广泛,具有多学科交叉的特点,但尚未形成基本理论体系。空间结构是典型的形效结构,而且形式丰富多样,如何实现新颖结构形式与合理结构性能之间的协调统一是空间结构设计中的关键问题。因此,结构形态学的研究对空间结构的创新发展具有重要意义。通过对结构形态学的研究范畴与发展脉络的阐述,为结构形态学提出一个较为明确的定义;结合张力结构、自由曲面结构、自由拓扑结构等现代空间结构形式对结构形态学的研究进展情况进行评述,重点介绍了作者团队近年来在这方面的研究与实践。

关键词：结构形态学空间结构张力结构自由曲面结构自由拓扑结构

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大跨度张拉结构风致动力响应研究进展

同济大学学报（自然科学版） 2002年第5期30卷 533-538页

作者：沈世钊武岳哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点 ,对这一问题的研究具有较大的理论难度 ,一直是风工程领域关注的焦点 .据此结合作者及其梯队近年来所做的工作 ,介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振... 详细信息

大跨度张拉结构的风致动力响应具有几何非线性明显和风与结构的耦合作用不可忽略等特点 ,对这一问题的研究具有较大的理论难度 ,一直是风工程领域关注的焦点 .据此结合作者及其梯队近年来所做的工作 ,介绍了国内外在悬索和薄膜结构风振分析领域所进行的理论研究、实验分析和数值模拟方面的研究进展。

关键词：大跨度张拉结构风振分析流固耦合索结构膜结构

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鞍形索网的风振响应特性研究

振动与冲击 2008年第7期27卷 50-54页

作者：陈波武岳沈世钊北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

将风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,其中背景响应采用影响线的方法计算,共振响应采用Ritz-POD法计算。将该方法应用于矢跨比为1/12的鞍形索网结构,通过同步测压试验确定风荷载,对其自振特性、风振响应谱特征、振型参与... 详细信息

将风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,其中背景响应采用影响线的方法计算,共振响应采用Ritz-POD法计算。将该方法应用于矢跨比为1/12的鞍形索网结构,通过同步测压试验确定风荷载,对其自振特性、风振响应谱特征、振型参与特性、振型间的耦合效应、以及各响应分量的分布规律进行了研究。结果表明:风振响应明显呈现多阶振型参与振动、且低阶振型贡献较大的特点;振型间的耦合效应较明显;脉动风响应明显大于平均风响应,共振响应占主导地位,背景响应所占比例较小。

关键词：鞍形索网风振响应响应谱耦合效应

基于模糊综合判定的网壳结构强震失效模式研究

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工程力学 2010年第1期27卷 63-68页

作者：支旭东范峰沈世钊哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

为合理判别单层网壳结构在强震下的两类失效模式,指导网壳工程在地震区的实践,该文采用考虑材料损伤累积的荷载域全程分析方法,对单层球面网壳和单层柱面网壳在动力荷载下(包括强震)的响应进行了系统的参数分析。简述了两类失效模式的... 详细信息

为合理判别单层网壳结构在强震下的两类失效模式,指导网壳工程在地震区的实践,该文采用考虑材料损伤累积的荷载域全程分析方法,对单层球面网壳和单层柱面网壳在动力荷载下(包括强震)的响应进行了系统的参数分析。简述了两类失效模式的结构表现及结构响应特征;引入模糊数学中的模糊综合判定理论,确定了网壳结构多项响应因素与模糊失效模式集合的关系,建立了基于模糊综合判定的网壳结构动力失效模式判别模型;通过分析表明:所建立的模型具有准确的判别效果,可对网壳结构在动力荷载下的失效模式进行判别。

关键词：网壳结构地震作用失效模式模糊综合判定损伤累积

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凯威特型单层球面网壳在强震下的失效研究

工程力学 2008年第9期25卷 7-12页

作者：支旭东范峰沈世钊哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性,... 详细信息

动力强度破坏是网壳结构在遭受地震时的主要失效形式,准确的失效判别需要以基于材料损伤理论的分析为基础。为在动力时程分析中考虑材料损伤累积的因素,编制了基于有限元软件ABAQUS的用户材料子程序,具有较高的计算精度和较好的收敛性,实现了网壳结构考虑材料损伤的动力有限元分析。对单层球面网壳在强震下的失效特点进行了系统的参数研究,探讨了考虑材料损伤因素对网壳失效特征的影响;综合网壳失效时刻的多项特征响应,拟合了能够评估网壳动力损伤程度的损伤模型;基于损伤模型表示的网壳极限状态的物理意义,建立了适用于跨度40m的凯威特单层球面网壳强震失效判别准则,可用之判定网壳在强震作用下的失效极限荷载。

关键词：单层球面网壳地震作用动力强度破坏损伤累积损伤因子

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短程线网壳结构强震作用下的动力强度破坏

哈尔滨工业大学学报 2008年第12期40卷 1878-1882页

作者：杨飏支旭东范峰沈世钊哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

为对短程线型单层球面网壳结构进行强震作用下的动力全过程分析,研究了结构的失效机理.对40m跨的短程线型理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行全过程动力时程分析,考查了此类型网壳结构的动力性能和破坏形式,采用一致缺陷模态法... 详细信息

为对短程线型单层球面网壳结构进行强震作用下的动力全过程分析,研究了结构的失效机理.对40m跨的短程线型理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行全过程动力时程分析,考查了此类型网壳结构的动力性能和破坏形式,采用一致缺陷模态法处理初始缺陷,分析初始缺陷对短程线网壳结构动力性能的影响;对具有初始缺陷的网壳结构进行了参数影响分析,分别考查地震作用、杆件截面和屋面荷载三种因素对结构动力性能的影响,研究在不同条件下短程线网壳结构的动力失效机理和破坏模式;将研究结果与其它球面网壳结构进行了比较,验证了已提出的理论框架的合理性和实用性.

关键词：短程线型单层网壳地震作用失效机理动力分析强度破坏

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板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

哈尔滨工业大学学报 2003年第3期35卷 338-341页

作者：杨娜沈世钊哈尔滨工业大学土木工程学院

为进行板壳结构的屈曲分析 .采用三维退化曲壳元离散板壳结构 ,在TL列式下推导了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵 ,提出采用罚单元法处理结构加载边的位移约束条件 .应用所编制的程序 ,进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲... 详细信息

为进行板壳结构的屈曲分析 .采用三维退化曲壳元离散板壳结构 ,在TL列式下推导了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵 ,提出采用罚单元法处理结构加载边的位移约束条件 .应用所编制的程序 ,进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析 .

关键词：三维退化曲壳元板壳结构物理非线性几何非线性罚单元屈曲分析

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单层网壳结构动力稳定性分析方法

建筑结构学报 2003年第3期24卷 1-9,49页

作者：郭海山沈世钊哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

本文系统分析了单层网壳结构动力稳定性的研究方法。论证了对于在复杂荷载作用下非线性、多自由度复杂结构的动力稳定性问题,基于严格数学定义的Lyapunov运动稳定性理论目前尚不能提供有效的判别准则。通过理论分析和计算指出“刚度矩... 详细信息

本文系统分析了单层网壳结构动力稳定性的研究方法。论证了对于在复杂荷载作用下非线性、多自由度复杂结构的动力稳定性问题,基于严格数学定义的Lyapunov运动稳定性理论目前尚不能提供有效的判别准则。通过理论分析和计算指出“刚度矩阵的正定与负定”不足以判定结构是否动力失稳。提出了动力响应全过程曲线的概念,并以此曲线为基础结合结构的时程响应曲线来判定网壳结构的动力稳定性。通过对不同类型荷载、不同计算条件下的网壳结构的弹性和弹塑性动力稳定性的分析,验证了本文所提判别方法的合理性。

关键词：单层网壳结构动力稳定性荷载刚度矩阵地震作用