基于图论方法与优化算法的六折痕折纸结构构型研究

近年来,折纸结构快速发展并成功应用于诸多领域,但其仍存在折纸新构型难以构建、构型与折展运动难以协调等难题。为了研发多折痕折纸结构,考虑折纸构型的规整性及可折叠性,基于图论方法描述折纸折痕构型,建立折纸顶点的几何约束方程组,综合采用图解法及优化方法,求解单元内部可平折点,得到一系列基于不同对称单元的六折痕折纸结构构型。研究表明,该折痕设计方法精确可行,且具有并行性,能求得给定单元形状的所有内部可平折点。该折痕设计方法适用于任意边界条件的六折痕折纸结构,可为折纸结构创新与应用发挥积极作用。     

Research on origami patterns for six-fold origami structures using graph theory and optimization algorithms

近年来，折纸结构快速发展并成功应用于诸多领域，但其仍存在折纸新构型难以构建、构型与折展运动难以协调等难题。为了研发多折痕折纸结构，考虑折纸构型的规整性及可折叠性，基于图论方法描述折纸折痕构型，建立折纸顶点的几何约束方程组，综合采用图解法及优化方法，求解单元内部可平折点，得到一系列基于不同对称单元的六折痕折纸结构构型。研究表明，该折痕设计方法精确可行，且具有并行性，能求得给定单元形状的所有内部可平折点。该折痕设计方法适用于任意边界条件的六折痕折纸结构，可为折纸结构创新与应用发挥积极作用。     

基于Skewed Miura构型的周期可展结构变带隙分析研究

基于折纸构型的周期结构在一定条件下具有带隙特性,能阻止特定频率的弹性波在结构中传播,这种带隙特征可以调节,为减振结构的开发提供了新思路.对基于Skewed Miura折纸构型的周期性可展结构变带隙机理进行研究.推导了Skewed Miura折纸构型的几何关系,并利用布洛赫波分析框架研究了该构型的带隙情况.将Skewed Miura单元的几何形状和折纸构型的折叠状态作为设计变量,找出该构型的最大带隙值和相应的折展状态.对比发现,Skewed Miura构型带隙的数量及大小明显大于Miura构型,且带隙位置所处频率范围较低.本研究为减振结构的开发提供了新的结构形式.     

一种带曲线折痕的圆柱形折纸蒙皮的构成分析

讨论了一种可用作为圆柱形结构蒙皮的曲线折痕折纸形式.该蒙皮形式无需裁剪，便于快速铺展折叠，具有更好的伪装性.介绍了该折纸形式的折叠方法和特点，阐述了曲线折痕折纸的数学描述方法，分析了折痕和曲面的几何特征以及相邻折痕间的约束条件.针对圆柱形折纸形式，给出了其折痕曲线的约束方程和形状求解方法.理论上说明了折痕曲线一般可以自由给定，但其相邻折痕必须满足该约束方程.对两种典型折纸形式进行折痕分析和求解，并通过模型制作验证了所提出的构成分析方法的正确性.     

基于Yoshimura折纸模式的可展结构参数化设计

刚性折纸在折叠过程中可以保证折痕之间的面不会发生弯曲和拉压等其他形变，因此越来越多地被用于实际工程结构中.本文将Yoshimura折纸模式用于建筑结构设计中，研究一种可在平面进行板件连接，通过折叠能够形成立体结构的可展式建筑.首先利用雅克比矩阵法对Yoshimura折纸模式的基本单元进行自由度分析，得到了目标结构所需的运动轨迹；分析结构展开时的平面角和折叠后的二面角之间的关系，得到了两者之间相互影响的3个规律，并利用平面角、二面角、谷折数和单元长度各个参数建立了结构尺寸的计算公式；最后提出了增加结构高度的两种拓展模式：四边形增高和三角形增高，通过比较结构整体变形情况和破坏类型，最终选择三角形增高方案来实现结构高度的增加.通过以上研究，可以对基于Yoshimura折纸模式的可展建筑结构进行初步设计.     

新型带预折痕钢板剪力墙滞回性能分析

平板式薄钢板剪力墙在侧向荷载作用下容易发生平面外屈曲,延性较差。借鉴折纸原理,提出一种新型带预折痕的钢板剪力墙,钢板由若干带折痕的子单元组成。针对子单元的几何尺寸及放置角度等参数,详细分析其对钢板剪力墙延性及滞回性能的影响。结果表明:相对于平板式钢板剪力墙,带预折痕钢板剪力墙具有较好的延性。在低周往复荷载作用下,子单元0°放置试件的滞回曲线尤为饱满。带预折痕钢板剪力墙的塑性带均沿其子单元折痕处开展,可吸收大量能量,充分发挥出钢材进入塑性耗能的特点。     

基于群论的闭合环形过约束体系可动性研究

Bennett单元及Bricard单元等典型闭合环形机构具有可动自由度,可在无应变状态下产生连续、较为显著的几何构型变换,已广泛应用于可展结构工程中。基于此,建立了由闭合环形的刚性折杆组成,可进行旋转、镜像等对称操作,且在运动过程中始终保持一定对称性的过约束机构。任一折杆的两端通过扭转副单元分别连接至其它2根折杆,且扭转副单元的可转动方向与杆轴线重合。在刚性折杆单元平衡矩阵的基础上,建立结构的整体力平衡矩阵,从矩阵的左零空间、零空间分别求得结构的机构位移模态及自应力模态。引入群论方法预测机构位移模态的对称性,并对结构的可动性进行分析。为了验证该类对称体系的可动性,采用基于牛顿迭代技术的非线性预测 修正算法,对结构进行完整路径的运动模拟。针对2个不同对称性的六杆过约束机构算例进行对称分析及运动模拟,结果表明：算例所述的2个对称过约束体系均为单自由度可动结构,可作为可展结构推广应用。     

井震信息融合与成像探边测井在水平井储层构型单元识别中的应用对比

碎屑岩储层的内部结构控制着储层内的油水分布,对储层构型认识不清将严重影响后期的油气藏的开发。本文以四川盆地东峰场地区须家河组河口坝与渤海湾盆地埕岛油田馆陶组曲流河储层为例,充分利用地震、钻井、测井及岩心分析资料,提出了2种以水平井信息对构型单元进行识别的方法,进行了构型单元划分及定量表征。研究表明：基于水平井井震信息融合的构型单元识别方法利用高分辨率的波阻抗信息、随钻伽马、气测及元素录井数据对水平方向的构型单元进行综合识别,具有应用范围广泛、分辨率相对小的特点,在DF102HF井识别出4个单一河口坝及9个增生体;基于水平井成像探边测井的构型单元划分方法利用PeriScope工具探测到砂体的外部形态,结合曲流河沉积模式及随钻伽马曲线、随钻电阻率曲线对砂体内部夹层进行精细刻画,具有纵向分辨率大、准确度高、应用范围有限的特点,在CB251-P5井识别出3个边滩及5个侧积体。以上2种识别方法对于指导油气藏储层构型划分具有重要的参考意义。     

一种预应力单层折面网壳结构的简捷计算方法及试验研究

宝石群单层折面网壳外形犹如宝石晶体,是一种近年来兴起的由一系列三角形折面网格单元组成的单层网壳结构。经研究发现,在该单层折面网壳结构基本体系内设置若干圈环索,可优化其受力性能、提升结构刚度进而达到优化结构设计的目的。通过研究该结构构形特点,提出了基于简化杆系计算模型的预应力体系计算方法,可以方便地确定不同预应力分布下网壳结构的内力及位移,同时可进行预应力优化设计,并通过模型试验验证了该方法的可靠性。     

球面网壳非规则网格划分方法研究

非规则网格球面网壳是一种用于特殊领域的新型结构,目前国内还没有这种结构理论方面的研究.基于多面体网壳拓扑关系及构型特征,提出了通过球面五边形旋转实现非规则网格构型的理论和基本技术,根据一个基本单元内三角形个数及划分方法确定五边形边长.推导了三角形多面体网壳的基本计算公式,实现了非规则三角形网格多面体网壳的计算机可视化建模,说明本文的构型理论和计算公式是合理的、可行的.     

任意转折角多边形水平折梁的计算

直接采用交叉梁系的单元模型、单元刚度矩阵及坐标转换矩阵计算任意转折角多边形水平折梁结构。该方法用于求解任意转折角多边形水平折梁结构 ,其求解程序只需对现有的平面刚架程序稍加改造即可 ,且适应任何荷载情况 ,为工程设计提供实用的方法。     

基于折杆剪式单元的径向开合屋盖设计研究

提出了一种基于折杆剪式单元新型径向开合屋盖结构,该径向开合屋盖下部为折杆网格结构与外圈的滑移杆组成的径向伸缩网壳结构,上部设有能够满足结构开合功能要求的新型开合膜单元,且通过驱动台车的牵引,能够实现屋盖开合的机械化与自动化。同时,借助ABAQUS有限元分析软件,对该类径向开合屋盖在闭合状态和开启过程中的应力、位移及支座反力等进行计算。分析结果表明:该类型的开合屋盖受力合理,能满足使用功能要求,并兼有可展网架快速建造、可重复使用、便于运输与膜结构轻质等优点。     

平面预应力钢桁架整体可靠性分析

本文首先基于随机摄动理论建立了具有弹性约束的索张拉预应力钢桁架结构随机内力统计特性分析的计算公式,整体结构的基本随机参数包括折线索单元和桁架单元的截面面积(或综合刚度)、张拉钢索的预拉力、外荷载及约束刚度等。利用一次二阶矩法建立了任意单元失效模式的可靠度指标与验算点的迭代模型,并基于点估计法得到了整体结构可靠性指标的计算模型。通过数值分析对影响整体结构可靠性指标的有关参数进行了讨论,得到了一些有益的结论,为索张拉预应力钢结构整体可靠性设计奠定了一定的基础。     

基于映射变换法的平面预应力钢桁架整体可靠性分析

利用映射变换法建立索张拉平面预应力钢桁架任意单元失效模式可靠度指标的迭代模型,并基于点估计法得到整体结构失效概率及可靠性指标的计算公式。模型中的随机参数包括折线索单元和桁架单元的截面面积(或综合刚度)、张拉钢索的预拉力、外荷载及边界弹性约束刚度等。基于所建立的计算模型编制相应的计算程序,对工程中常见的结构形式进行分析,并对影响结果的有关参数进行讨论。结果表明,钢索张拉力标准差对结构可靠性指标的影响与杆件截面面积随机变量的分布特性有较大的关系,且当截面面积为对数正态分布时,其影响大于正态分布。其次,随机变量标准差的变化对结构可靠性指标的影响均与相关性系数ρNA有一定关系。这些结论为索张拉预应力钢结构整体可靠性设计奠定了一定的基础。     

钢-混组合索塔锚固结构的横向力学性能研究

斜拉桥钢-混组合索塔锚固结构的构型和力学性能十分复杂。斜缆的水平作用力将导致组合索塔锚固区域出现较大局部变形。传统的组合结构分析方法难以对组合索塔锚固结构的横向力学性能进行分析。为分析组合索塔锚固结构的横向力学性能,根据实际工程进行了足尺试验,获得了主要构件的应力分布情况以及失效模式。利用空间实体和壳体有限元模型分析锚具的结构响应。对结构的构型和细部进行分析和简化,并基于变形协调条件得出组合索塔锚固结构主要构件的水平作用力及其内力计算方程。结果显示,该简易方法的计算结果与试验结果和有限元分析结果一致。     

长周期地震波作用下超高层结构连续倒塌数值模拟

基于ABAQUS软件对某超高层结构在长周期地震波作用下的连续倒塌数值模拟方法进行研究。采用纤维梁单元模拟框架梁和框架柱,采用壳单元模拟钢筋混凝土剪力墙和楼板。基于子程序实现梁单元材料积分点材料的失效用于模拟单元生死,基于混凝土弹塑性损伤本构近似模拟钢筋混凝土剪力墙与楼板的刚度削弱及失效,并采用单元接触考虑倒塌过程中单元之间的碰撞和结构碎片堆积情况。以某实际超高层结构为例,分析了结构的动力特性,并对该超高层结构在长周期地震波作用下的破坏模式和倒塌过程进行了模拟,可为超高层结构地震破坏机理和抗震设计研究提供参考。     

钢框架-RC剪力墙高层建筑结构的弹塑性全过程分析

针对结构中的钢框架,采用稳定函数单元位移模型及空间塑性铰的弹塑性模型,建立了钢框架结构节点的弹塑性增量平衡方程;针对结构中的楼板,采用三角形平面应力单元,形成了楼板节点的弹性增量平衡方程;针对结构中的RC剪力墙,采用考虑剪切及轴力影响的等效梁单元模型,利用钢筋混凝土截面M-Φ的三折线关系及假定的两杆端塑性转角增量与弹性转角增量的关系式,得到了统一的RC剪力墙结构节点的弹塑性增量平衡方程,然后,经过集成,获得了整体结构节点的弹塑性增量平衡方程。最后,通过数值算例,验证了文中方法的正确性,并得出如下结论,该类结构最薄弱部位是剪力墙底层的底部及剪力墙与钢连梁相交接的部位。     

弦支环向折线形单层球面网壳结构的模型试验研究

环向折线形单层球面网壳是单向折线形平板网架在回转曲面结构构型中的拓展,兼有双层网架和单层网壳结构的受力特性且建筑造型优美,可用于中小跨度的开大、小孔洞的屋盖和悬挑结构。为改善环向折线形单层球面网壳的受力特性,本文提出了弦支环向折线形单层球面网壳结构,从而使得结构可以跨越更大的跨度。为研究弦支环向折线形单层球面网壳结构的受力特性,本文设计、加工了一跨度为6m的试验模型,对该试验模型展开了施工张拉分析和多级静力加载试验,并与环向折线形单层网壳结构模型试验结果进行了对比分析。研究结果表明:该结构具有良好的受力性能,试验数据与有限元分析结果之间的差异较小,理论分析正确。     

长轴缓坡辫状河三角洲前缘储层构型研究

为了探讨长轴缓坡辫状河三角洲前缘储层构型模式,采用层次界面分析及"层次约束,模式拟合,多维互动"的构型表征方法对长轴缓坡背景下的辫状河三角洲前缘不同级次的构型进行精细解剖,得出在不同构造背景下三角洲储层构型样式具有较大的差异性。研究表明:辫状河三角洲前缘主要发育分流水道、河口坝、席状砂等构型要素,其中6级、7级、8级及9级界面限定的构型单元分别为单层微相复合体、单一微相复合体、单一微相、微相内部增生体。不同级次的构型单元具有不同的叠置样式和识别依据。在对多级构型要素定性定量识别基础上,建立了以分流水道与河口坝为主体的长轴缓坡辫状河三角洲前缘储层构型模式。     

泰达市民广场多折面钢结构及拉杆桁架支承体系和膜结构设计与研究

天津泰达市民广场多折面大斜坡由两折面钢结构桁架与三折面拉杆桁架幕墙支承结构及置于二者之上的六块骨架式膜结构组成。对两折面钢管桁架与三折面幕墙支承结构体系的传力路径、受力特点进行了分析和探讨,并基于建筑美观的要求,提出了大斜坡钢结构沿纵向设置伸缩缝释放温度应力的铰接-滑移节点及连接形式;应用多链杆一体化计算模型研究了膜材与骨架支承体系之间的相互作用,并通过模态分析揭示了其刚度分布;分析了结构设计中特殊节点的受力机理并提出了节点的设计及构造方法。