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基于拓扑优化的新型桁架式牛腿构建方法及受力性能分析

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河南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 118-126页

作者：汤朋山杜文风李少龙高博青河南大学钢与空间结构研究所河南开封475004 浙江大学空间结构研究中心杭州310027

后置牛腿结构在既有建筑加固改造中应用广泛,为了获得更加轻质高效的新型牛腿结构,本文在现有“Π形”钢牛腿结构基础上利用拓扑优化技术构建一种桁架式牛腿结构,并进行了受力性能分析.首先利用Solidworks建立“Π形”钢牛腿模型,运用si... 详细信息

后置牛腿结构在既有建筑加固改造中应用广泛,为了获得更加轻质高效的新型牛腿结构,本文在现有“Π形”钢牛腿结构基础上利用拓扑优化技术构建一种桁架式牛腿结构,并进行了受力性能分析.首先利用Solidworks建立“Π形”钢牛腿模型,运用simulation模块对模型进行了拓扑优化,然后基于优化生成的轮廓,在其下部设置人字形支撑,利用Solidworks再次绘图,并对其尺寸进行优化从而构建新型桁架式牛腿模型.最后对新构建的桁架式牛腿结构进行了有限元分析,并和“Π形”钢牛腿结构进行了对比讨论.结果表明,新型桁架式牛腿的材料用量仅为“Π形”钢牛腿的57.3%,并且抗扭转能力更强、应力分布更均匀.

关键词：牛腿拓扑优化桁架结构有限元分析

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四分叉铸钢节点的衍生式智能设计研究

建筑结构学报 2023年第5期44卷 325-334页

作者：韩乐雨杜文风夏壮叶俊高博青河南大学钢与空间结构研究所河南开封475004 浙江大学土木工程系浙江杭州310058

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... 详细信息

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%。

关键词：四分叉铸钢节点衍生式设计智能设计有限元分析 3D打印

基于生成对抗网络的三维节点实体模型生成方法

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建筑结构学报 2023年第12期44卷 137-153页

作者：夏壮杜文风韩乐雨高博青董石麟河南大学钢与空间结构研究所河南开封475004 浙江大学土木工程系浙江杭州310058

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... 详细信息

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%。

关键词：三维节点实体模型智能生成生成对抗网络逆向工程

基于边界平衡生成对抗网络的十字板式节点新构形智能生成方法

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建筑结构学报 2022年第S1期43卷 315-324页

作者：杜文风王英奇王辉赵艳男高博青董石麟河南大学钢与空间结构研究所河南开封475004 浙江大学土木工程系浙江杭州310058

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... 详细信息

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。

关键词：十字板式节点边界平衡生成对抗网络拓扑优化构形增材制造

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基于动力推覆方法的储液罐抗震分析

工程力学 2013年第11期30卷 153-159页

作者：杨宏康高博青浙江大学空间结构研究中心杭州310058

为有效评估储液罐在弹塑性阶段的抗震性能,经凝聚流体域压力自由度,建立流固耦合系统的等效动力方程,然后合并同频振型并基于广义逆理论导出谱加速度-谱位移性能曲线的投影方程,并通过控制谐波参数实现流固耦合系统的单向动力推覆,以此... 详细信息

为有效评估储液罐在弹塑性阶段的抗震性能,经凝聚流体域压力自由度,建立流固耦合系统的等效动力方程,然后合并同频振型并基于广义逆理论导出谱加速度-谱位移性能曲线的投影方程,并通过控制谐波参数实现流固耦合系统的单向动力推覆,以此确定性能曲线并作为储液罐的单自由度广义本构模型。时程分析表明:上述广义本构模型的滞回曲线及时程结果与流固耦合系统吻合良好,罐体刚度均呈渐近退化。该文方法与静力推覆分析的计算耗时大致相仿,消除了特征节点对性能曲线的影响,并可考虑弹塑性阶段内罐体抗力分布的改变。

关键词：储液罐弹塑性性能曲线投影方程动力推覆

基于Floquet理论的储液罐动力稳定性分析

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浙江大学学报（工学版） 2013年第2期47卷 378-384页

作者：杨宏康高博青浙江大学空间结构研究中心浙江杭州310058

为确定储液罐动力不稳定现象与激励参数间的关系,采用附加质量矩阵考虑流固耦合效应,以周期变化的几何刚度矩阵考虑壳体应力变化,由位移-压力格式的流固耦合方程建立储液罐在简谐地面加速度下的动力稳定性方程.利用模态截断法降阶上述方... 详细信息

为确定储液罐动力不稳定现象与激励参数间的关系,采用附加质量矩阵考虑流固耦合效应,以周期变化的几何刚度矩阵考虑壳体应力变化,由位移-压力格式的流固耦合方程建立储液罐在简谐地面加速度下的动力稳定性方程.利用模态截断法降阶上述方程,并基于Floquet理论求解,从而递归搜寻由激励参数描述的动力不稳定边界.利用上述Floquet方法分析Chiba试验模型,并基于B-R准则复核该结果.结果表明,Floquet方法求得的动力不稳定边界与Chiba试验较一致,并与B-R法结果吻合良好.Floquet方法可显著提高动力不稳定边界的求解效率,并消除壳体振型半波假定的影响.

关键词：流固耦合储液罐动力稳定性 Floquet理论 B-R准则

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强震下弦支穹顶结构的动力性状精细化研究

工程力学 2011年第10期28卷 145-151页

作者：吴慧张瑞高博青浙江财经学院工商分院浙江杭州310018 上海核工程研究设计院上海200233 浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型... 详细信息

为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型,然后对5个分别考虑节点半刚性、节点刚域及材料损伤累积的弦支穹顶模型进行对比分析。结果表明:考虑材料损伤累积、节点半刚性使结构塑性发展充分,结构刚度更趋向均匀,会引起结构破坏位置、失效模式及结构延性的转变。考虑材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域等对弦支穹顶的动力性能有较大的影响。

关键词：弦支穹顶强震作用节点半刚性节点刚域损伤累积. 动力性状

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电厂干煤棚的选型和工程实践

工业建筑 1997年第4期27卷 18-20,33页

作者：高博青浙江大学

为推广应用有优良性能的空间结构，分析了几种可选作电厂干煤棚的空间结构形式，并结合工程实例作了详细的介绍。几种结构形式可应用于实际工程。

关键词：发电场干煤棚空间结构网架网壳

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基于连续体拓扑优化的网壳结构鲁棒构型分析

浙江大学学报（工学版） 2013年第12期47卷 2118-2124页

作者：单艳玲高博青浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的... 详细信息

为了对网格结构进行鲁棒性定量分析及找出鲁棒构型,以系统传递函数的H2范数作为结构鲁棒性的定量评价指标和优化目标;以单元相对密度为设计变量,采用固体各向同性惩罚微结构(SIMP)模型描述材料的刚度,建立鲁棒设计的数学模型,将结构的鲁棒性设计转化成连续体拓扑优化;引入保留精英种群的思想,并将大爆炸算法扩展应用在质点系优化中,求得全局最优解.以四点支承双曲扁网壳为例,分析了不同荷载条件下拓扑优化得到的鲁棒构型.结果表明:大爆炸算法可以有效地应用于连续体拓扑优化的鲁棒性构型设计中;以鲁棒构型为准则的正交斜放双曲扁网壳结构优于正交正放双曲扁网壳结构;结构的鲁棒构型可以明确结构的传力路径,对结构的杆件布置和截面设计具有指导作用.

关键词：扁网壳鲁棒性拓扑优化大爆炸算法