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双竖杆空腹桁架和双竖杆空腹网架受力性能及优化

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双竖杆空腹桁架和双竖杆空腹网架受力性能及优化

作者：陈顺云贵州大学

学位级别：硕士

如今为了提高城市建设用地的利用率,将单层工业公共建筑改为多层甚至是高层建筑,使大跨度楼盖的创新性研究成为当下的热点。根据传统空腹桁架结构构件的弯矩分布规律,提出双竖杆空腹桁架和双竖杆空腹网架楼盖。它们分别适用于32m及45m... 详细信息

如今为了提高城市建设用地的利用率,将单层工业公共建筑改为多层甚至是高层建筑,使大跨度楼盖的创新性研究成为当下的热点。根据传统空腹桁架结构构件的弯矩分布规律,提出双竖杆空腹桁架和双竖杆空腹网架楼盖。它们分别适用于32m及45m左右的多层建筑楼盖。两种新结构在构造上与传统的空腹桁架及空腹网架存在着较大差异,使受力性能及经济性也有所不同,对它们进行受力性能及经济性分析具有很高的理论意义和工程应用价值。论文主要研究内容及结果如下:（1）采用一阶弹性理论及有限元法研究了双竖杆空腹桁架的受力性能。推导了等效惯性矩及等效剪切刚度公式,用有限元法验证了计算公式的准确性。通过刚度分析,确定了双竖杆空腹桁架的竖杆间距合理取值范围。推导了剪切变形占比计算公式,进行了剪切变形占比参数化分析,揭示了双竖杆空腹桁架的剪切变形引起的位移占总位移的变化特性。经过大量建模分析,得出双竖杆空腹桁架的经济参数。（2）采用一阶弹性及考虑双重非线性有限元法分析双竖杆空腹网架的受力性能。得出了双竖杆空腹网架整体变形、竖杆变形和内力分布规律。通过参数化分析得到了构件内力、跨中挠度和最大等效应力的变化规律。网架厚度和弦截面宽度对构件内力分布、跨中挠度和最大等效应力影响较大,双竖杆空腹网架结构楼盖设计时应充分考虑它们对结构刚度、承载力及经济性的影响。考虑双重非线性的弹塑性分析时,荷载-位移曲线具有较为明显的水平段,极限荷载为30 k N/m,是正常使用荷载的5倍,结构具有较好的安全储备;当结构构件都屈服时,结构跨中挠度为0.514 m,约为正常使用荷载时的10倍。（3）对新结构进行优化设计,并分别与优化后的传统空腹桁架、传统空腹网架对比分析,发现双竖杆空腹桁架和双竖杆空腹网架楼盖建筑空间利用率更高。在满足设计规范的前提下传统空腹桁架用钢量6.2 t,双竖杆空腹桁架用钢量5.1 t,比传统空腹桁架结构少用钢材1.1 t,约节省17.5%。传统空腹网架用钢量150.8 t,双竖杆空腹网架用钢量131.2 t,比传统空腹网架结构少用钢材20 t,约节省13.3%。其中双竖杆空腹桁架结构已应用于工程实践,本课题研究为类似工程的应用及未来双竖杆空腹网架的工程应用提供了参考及优化设计方法。

关键词：双竖杆空腹桁架双竖杆空腹网架几何非线性材料非线性实验设计响应面优化设计

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基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析

建筑科学与工程学报 2023年

作者：盛夏肖建春陈顺云马克俭贵州大学空间结构研究中心贵州省结构工程重点实验室

空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大，导致运算效率低的问题。根据空腹夹层板的构造特点，将其分成若干相同的基本网格，把任一网格当成子结构并凝聚成超单元，再控制超单元的边界自由度数量。以超单元为基础扩展出... 详细信息

空腹夹层板精细化有限元分析存在计算模型总自由度数庞大，导致运算效率低的问题。根据空腹夹层板的构造特点，将其分成若干相同的基本网格，把任一网格当成子结构并凝聚成超单元，再控制超单元的边界自由度数量。以超单元为基础扩展出新计算模型，明显地降低了空腹夹层板有限元模型的总自由度数，从而提高计算效率。为了验证超单元法在空腹夹层板精细化有限元在线弹性分析中的精度与运算效率，分别用不同超单元和0.1m的实体单元，建立一块平面尺寸16 m?16 m的混凝土空腹夹层板精细有限元模型并做静、动力分析。结果表明：超单元法提取空腹夹层板参数受限制小，能较快提取结构参数完成计算；超单元边界节点数越少，运算效率越高，但误差相应增大。当超单元的节点数对比精细有限元缩小约89%并合理放置时，计算最大误差不超过6%且计算时间能节省11%至24%，模态和时程分析图像吻合度较好。基于超单元法的空腹夹层板精细化有限元分析适用于空腹夹层板结构线弹性阶段的参数分析计算。

关键词：超单元空腹夹层板边界自由度子结构节点

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新型双竖腹杆空腹桁架梁及其等代刚度法研究

建筑结构 2023年

作者：梁弢沈睿麟肖建春冯梅陈顺云贵州大学勘察设计研究院贵州大学空间结构研究中心贵州省结构工程重点实验室贵州理工学院

为进一步降低用钢量，解决传统空腹桁架竖腹杆端弯矩大的设计难点，基于空腹桁架梁内力分布规律，提出新型双竖腹杆空腹桁架梁的结构形式。以遵义某演艺综合体大跨度屋面为工程背景，采用ANSYS Workbench构造响应面对结构进行优化设计... 详细信息

为进一步降低用钢量，解决传统空腹桁架竖腹杆端弯矩大的设计难点，基于空腹桁架梁内力分布规律，提出新型双竖腹杆空腹桁架梁的结构形式。以遵义某演艺综合体大跨度屋面为工程背景，采用ANSYS Workbench构造响应面对结构进行优化设计后，与单竖腹杆空腹桁架梁进行对比，结果表明：新型结构用钢量降低25%，腹杆剪力和杆端弯矩大幅降低，解决了传统空腹桁架的设计难点。推导了新型结构等效惯性矩和等效剪切刚度的计算公式，代入图乘法可快速计算挠度，与有限元结果对比误差仅为2.6%，说明该计算方法具有较高的可靠性。

关键词：空腹桁架双竖腹杆优化设计等代刚度法

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基于响应面法的钢空腹桁架结构优化设计

建筑科学与工程学报 2022年

作者：陈顺云肖建春沈睿麟杨行盛夏刘小龙贵州省结构工程重点实验室贵州大学空间结构研究中心

为了提高钢空腹桁架结构优化设计效率，提出采用基于响应面法的结构优化设计方法对钢空腹桁架进行优化设计。优化前根据虚功原理推导了空腹桁架的等效惯性矩和等效剪切刚度，通过等代实腹梁刚度法验证有限元模型精度；在各级荷载下，有... 详细信息

为了提高钢空腹桁架结构优化设计效率，提出采用基于响应面法的结构优化设计方法对钢空腹桁架进行优化设计。优化前根据虚功原理推导了空腹桁架的等效惯性矩和等效剪切刚度，通过等代实腹梁刚度法验证有限元模型精度；在各级荷载下，有限元计算跨中挠度与等代实腹梁刚度法计算跨中挠度相比，最大误差仅为5.6%，证明了用于优化设计的有限元模型的可靠性。通过Box-behnken实验设计，获得66组数值试验样本，建立Kriging响应面得到近似响应点；以结构质量最小化为目标，规范允许的最大组合应力、最大挠度和构件宽厚比为约束条件，采用MOGA遗传算法对空腹桁架进行优化设计，得到Pareto最优候选解。优化后3组候选解中最优用钢量为6195.4kg，与优化前相比节省用钢量约18％；对最优解的相关几何参数进行了有限元数值试验验证，优化后的构件宽厚比、最大组合应力、最大挠度和结构质量与数值试验结果吻合较好，偏差仅在3%以内;优化结果表明基于响应面法的结构优化设计方法适用于钢空腹桁架结构多参数优化设计。

关键词：空腹桁架 Box-behnken实验设计 Kriging响应面优化设计

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声发射矩张量反演

地球物理学报 2014年第3期57卷 858-866页

作者：刘培洵陈顺云郭彦双李普春中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029 厦门地震勘测研究中心厦门361021

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发... 详细信息

地震矩张量反演是获取震源过程的有效方法.岩石变形过程中的声发射与地震类似,均是弹性应变能快速释放.如假设条件得到满足,矩张量反演方法同样可用于了解声发射震源过程.声发射矩张量反演可使用P波位移进行计算.当样品尺寸远大于声发射波长,且声发射由微破裂产生,声发射源的尺度很小时,P波矩张量反演可采用远场近似.本文首先针对声发射的特点,实现根据远场P波反演声发射矩张量的算法,并通过人工声发射实验对算法的正确性和可靠性进行了检验.最后,用声发射矩张量反演方法对花岗岩单轴压缩实验的声发射源特征进行了分析.结果表明:对于纯剪切破裂模式,声发射矩张量反演可得断层面;对于非纯剪切破裂模式,如纵向挤压导致的横向张性劈裂,由于存在多解性不能得到断层面,但可通过矩张量的迹区分破裂模式.

关键词：声发射震源机制矩张量反演破裂模式

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平面斜交布置的H型钢框架计算长度分析

水利规划与设计 2023年第3期 139-143页

作者：李俊肖建春陈顺云贵州大学空间结构研究中心贵州贵阳550025 贵州省结构工程重点实验室贵州贵阳550025

为了研究梁柱斜交的情况下钢框架的稳定特性。通过惯性矩分解和转角位移法,推导出斜交情况下钢框架的弹性屈曲方程,再利用有限元建模分析,得到不同的斜交角度下H型钢柱计算长度系数的变化情况,以及同一斜交角度下梁跨度对H型钢柱计算长... 详细信息

为了研究梁柱斜交的情况下钢框架的稳定特性。通过惯性矩分解和转角位移法,推导出斜交情况下钢框架的弹性屈曲方程,再利用有限元建模分析,得到不同的斜交角度下H型钢柱计算长度系数的变化情况,以及同一斜交角度下梁跨度对H型钢柱计算长度系数的影响情况。结果表明,文章推导的理论公式和有限元结果十分吻合。研究结果可为实际工程中梁柱斜交情况下钢框架结构的稳定设计提供一定的技术指导。

关键词：斜交钢框架框架稳定弹性屈曲计算长度系数

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亚失稳阶段雁列断层热场演化的实验研究

地球物理学报 2013年第7期56卷 2348-2357页

作者：任雅琼刘培洵马瑾陈顺云中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

寻找地震前兆是国内外地震预报的难点.在实验室开展岩石变形实验,观测相关物理量的演化特征和规律,是前兆探索中重要的基础工作.本文对压性雁列断层进行变形实验,根据应力时间曲线将具有前兆意义的变形阶段分为强偏离线性阶段、亚失稳... 详细信息

寻找地震前兆是国内外地震预报的难点.在实验室开展岩石变形实验,观测相关物理量的演化特征和规律,是前兆探索中重要的基础工作.本文对压性雁列断层进行变形实验,根据应力时间曲线将具有前兆意义的变形阶段分为强偏离线性阶段、亚失稳阶段和失稳阶段,利用红外热像仪记录各个阶段的热场变化,特别是亚失稳阶段的热场表现.研究结果显示:强偏离线性阶段,岩桥区挤压升温;亚失稳阶段,断层带增温,且高温点扩展连通,断层带内侧卸载降温,断层带上的协同化增温和断层带内侧(包含岩桥区)的协同化降温是失稳前的重要信号;失稳阶段,应力释放,标本整体降温,只有断层带因摩擦升温.总之,亚失稳阶段的热场具有明显特征,利于识别出亚失稳态;不同变形阶段、不同构造部位温度变化不同,在寻找与构造活动相关的热异常时,应考虑变形所处的阶段及异常所处的构造部位.

关键词：热场热红外亚失稳阶段雁列断层地震前兆

容性高压脉冲放电系统及其在触发地震实验研究中的意义

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地震地质 2018年第6期40卷 1417-1426页

作者：张智河郭彦双陈顺云首都医科大学生物医学工程学院北京100069 中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室北京100029

稳定的触发放电系统设计方案是实验室研究触发地震的基础技术之一。文中以金属丝电爆炸法为基础,利用开关电源和自愈式高压脉冲电容器,设计了1套高压脉冲充放电系统。经过实验测试,可实现以下功能:1)高压充电电源系统的电压和电流自主调... 详细信息

稳定的触发放电系统设计方案是实验室研究触发地震的基础技术之一。文中以金属丝电爆炸法为基础,利用开关电源和自愈式高压脉冲电容器,设计了1套高压脉冲充放电系统。经过实验测试,可实现以下功能:1)高压充电电源系统的电压和电流自主调节,并可在充电完成后进行关断安全保护; 2)采用遥控和手动2种控制方式,控制高压电容的充电、释电和触发脉冲放电,其中无线遥控方式大幅提高了断层失稳实验的可操作性及安全性; 3)多路触发TTL信号同步输出,实现多系统协同工作,为各观测系统提供对时信号; 4)多组气体放电管控制触发放电,可控放电电压范围在500～5000V内可调; 5)实时输出放电电压与电流,有利于监测放电过程。总之,新设计的充、放电系统,不仅可以实现目前触发地震实验研究的要求,还可用于静态、动态载荷下触发应力扰动实验,进而通过主动触发实验检验断层系统的稳定性。

关键词：高压电容器充放电电爆炸动态监测触发地震

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基于数字图像处理的前方车距测量

基于数字图像处理的前方车距测量

作者：陈顺云武汉理工大学

学位级别：硕士

车辆测距技术是实现自动驾驶及汽车防撞技术的关键技术。随着计算机软硬件技术的发展,成像式测距技术将逐步走向成熟。目前应用于智能车辆的视觉系统有立体视觉体统和单目视觉系统两种。立体视觉系统在图像配准上存在难题。单目视觉在... 详细信息

车辆测距技术是实现自动驾驶及汽车防撞技术的关键技术。随着计算机软硬件技术的发展,成像式测距技术将逐步走向成熟。目前应用于智能车辆的视觉系统有立体视觉体统和单目视觉系统两种。立体视觉系统在图像配准上存在难题。单目视觉在图像处理的速度和控制的实时性方面都优于立体视觉,它具有潜在的应用价值和广阔的发展前景。一个视觉测距系统主要包括图像采集、图像处理和测距结果输出三个部分。本文采用单个摄像头采集道路图像,然后将采集到的图像进行处理,最后输出测距结果。本文的主要内容包括以下几点： (1)图像采集：我们选择车流量小,车道线明显,并假定在本车道内除了行驶的车辆外,没有其他障碍物,路段比较直的公路上进行试验。用单个摄像机采集前方道路图像。 (2)图像预处理：对采集到的图像,进行一系列的图像预处理操作。通过对各种图像处理方法进行比较,确定预处理方案。首先对图像进行灰度转化,用对数变换改善图像的亮度差异,用拉普拉斯算子增强图像的边缘信息,并用中值滤波对图像进行滤波去噪,最后选用Canny边缘检测算子对边缘进行检测,效果较理想。 (3)车道线检测：一般车辆都是位于车道线内。我们确定车道线的位置,可以缩小处理范围,这样可以更快地检测到目标车辆的位置,相应地系统处理速度更快。一般的检测方法有最小二乘法、霍夫变换和最优线段拟合方法。本文根据道路基本上位于垂直中线的两侧,而且基本呈45度的特点,提出了一种车道线检测算法。首先对图像从下到上以垂直中线为分界线,逐行分别向两边搜索值为1的第一个点作为左右车道线上的点。然后用重复剪辑最近邻法剪辑掉干扰点。接着根据本车道的车道线呈45度角这一特征,确定出属于本车道的点,最后根据最小二乘法原理进行直线拟合,实验结果表明,该方法有效拟合出车道线。 (4)目标检测与识别：我们把从图像下方到车道线交点处两车道线内的区域作为感兴趣区域。在感兴趣区域内,灰度变化缓慢,但遇到车辆等障碍物时,灰度会发生突变。我们利用灰度变换原则,对感兴趣区域逐行搜索,计算每行的平均灰度,分析灰度变化情况,检测出灰度突变所在的行,作为目标车辆的位置。 (5)车辆距离测量：根据几何变换理论,借助反转透视模型,建立一个计算车距的公式。要求建立的车距计算公式满足实时性和准确性这两个要求。在实际路面上进行测距试验,检验测距的效果。

关键词：单目视觉图像预处理车道线检测目标检测车距测量