基本信息
- 项目名称：
- 非规则球形网架构型原理与方法及其力学性能数值模拟
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 非规则球形网架以其优良的电磁性能和力学性能，可广泛应用于航空、气象通讯设备保护（比如天线罩）及大跨度建筑等领域，但该类网架在国内的理论研究几乎没有。本文基于多面体网架拓扑关系及构型特点，初步总结了这种网架的构型理论和关键技术，并提供该网架的设计参数，利用计算机对三种非规则三角形网架，在参数相同条件下的变形和应力进行了数值模拟和对比分析，验证构型理论的可行性和正确性。
- 详细介绍：
- 非规则球形网架力学性能和电磁性能优越，在国外已经广泛应用于航空、气象通讯设备保护（比如天线罩）及大跨度建筑等领域，但目前我国还没有自己设计和制造的这种结构，其中主要原因就是我国还没有掌握这种网架构型设计的关键技术、构型理论和设计方法，本文对这种非规则球形网架的构型设计进行了初步研究。 本论文完成的主要工作： （1）总结了非规则网架的构型理论和关键技术，即基元中心72度旋转对称性、...(查看更多)
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：研究基于欧拉定理的非规则任意多边形球形网架的构型理论和方法，获得该网架设计的整套设计方法、计算公式，并能够提供该网架的设计参数。 思路：1、分析研究非规则网架的构型特点，总结网架构型规律、提炼关键技术；2、推导三角形和六边形多面体网架的构型计算公式；3、根据构型计算公式，采用ANSYS的二次开发功能，实现非规则三角形和六边形多面体网架的计算机可视化建模，以便定量地检验所设计网架的正确性。
科学性、先进性及独特之处
- 采用理论推导、计算机数值求解和三维计算机图形可视化相结合的方法，对非规则球形网架构型进行研究，取得了可用于该球形网架构型设计的理论、方法、计算公式，并实现了网架三维计算机可视化，所以，采用的技术路线科学合理，研究方法和手段先进。 论文内容包括理论推导、超越非线性方程组数值求解、三维可视化，并可提供网架设计和有限元力学分析用的具体数据，所以，理论性、系统性、完整性和实用性是本论文的独到之处。
应用价值和现实意义
- 非规则球形网架以其良好的电磁性能、造型美观、易建造等优点，早在30年前国外就已经开始应用于军事和民用电子通讯设备（如雷达）的防护设备。受限于对非规则形网架的构型理论和方法，我国至今不具备设计制造该种网架的能力。 本文研究了非规则网架的构型理论和方法，因为这是制造非规则形网架的第一步关键问题，并且取得了从构型理论、计算方法和三维建模一套完整的成果，所以本研究具有理论意义和工程应用价值。
学术论文摘要
- 球形网架基于其圆球外形和杆件承担荷载的特点，使其具有良好的承载能力，在工程结构中常被采用。工程中的球形网架构型，杆件布局多种多样，但是，总体上来说都有沿径向线的对称性和沿环向线的规律性，这样构型相对来说比较容易实现。然而在某些特殊领域，为了满足某种特殊要求，就必须研究出可避免这种对称性和规律性的非规则球形网架，这也就使得这种球形网架的构型难度增大。我国目前还没有能力自己设计和制造...(查看更多)
获奖情况
- 1、论文《非规则球形网壳力学性能数值模拟》已发表于《现代物业》，2011年第10卷第6期（总第188期）。 2、论文《新型粮仓屋盖的构建和力学性能研究》已发表于《商品与质量》，2011年6月。 3、论文《一种新型筒仓屋盖力学性能研究》已被我校校报（自然科学版）录用。 4、获省第九届挑战杯特等奖。 5、本文获校级评选一等奖。
鉴定结果
- 已由教育部科技查新工作站鉴定。
参考文献
- [1] 舒畅,周丰峻,刘士珍. 仿纳米原子网架结构 [J]. 空间结构,2008,14（3） [2] 舒畅,周丰峻,刘士珍. 272 面体球面网壳几 何构型设计[J]. 空间结构，2009,15（1）[3] 董石麟. 中国空间结构的发展与展望[J]. 建 筑结构学报,2010 [4] 董石麟,赵阳. 论空间结构的形式和分[J]. ...(查看更多)
同类课题研究水平概述
- 网架大体上可分为两类，即规则型网架和非规则形网架，规则形网架是指其构型沿径向线具有对称性和沿环向线具有规律性，而与规则形网架相反，当网架用作民用（民航通信、天气预报等）和军用的电子通讯设备的防护设备时，为了满足电磁性能的要求，就是必须避免这种构型上的规则性和规律性，即需要非规则形网架。 从字面上看非规则可以理解为“乱”，实际上是“乱”而有序，即非规则的构型同样是有规律性的，并有相...(查看更多)
