黄祖慰-第五届全国大学生结构设计竞赛总结(技术版)

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最新第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛结果资料

最新第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛结果资料

第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛评审结果
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会(代章)
第五届全国大学生机械创新设计大赛决赛第二阶段评审于2012年7月19日至7月24日在陕西省西安市第二炮兵工程大学举行。

大赛评委会通过审阅设计资料、观摩实物演示和进行作品答辩等程序,依据评分标准进行评分,并经评审委员会全体会议复审,并汇总初评结果,共评出一等奖88项、二等奖191项。

大赛组委会还评出优秀组织奖12项、贡献奖2项、纪念奖1项。

现将决赛评审结果公布如下:
设计奖:(见下表,排名不分先后次序)
一等奖(88项)
二等奖(191项)
优秀组织奖:
第二炮兵工程大学
(以下排名不分先后)
北京赛区、湖北赛区、浙江赛区、吉林赛区、陕西赛区、江苏赛区、
四川赛区、湖南赛区、河北赛区、天津赛区、慧鱼赛区
贡献奖:
北京中教仪科技有限公司
派克汉尼汾流体传动产品(上海)有限公司
决赛承办纪念奖
第二炮兵工程大学
全国大学生机械创新设计大赛组委会
高等学校机械基础课程教学指导分委员会(代章)
2012年7月22日。

结构赛总结

结构赛总结

结构赛总结结构赛总结结构赛建模竞赛是一项广受欢迎的学术竞赛,旨在促进参赛者利用数学、物理和工程学知识,设计和建模各种工程结构的能力。

在这个竞赛中,参赛者通常需要使用计算机软件来设计并分析各种结构力学行为,包括静力学、动力学和疲劳分析。

参赛者的任务是在给定的条件下,设计出具有最佳性能的结构,最大限度地减少材料成本,并满足各种工程要求。

在参与结构赛建模竞赛的过程中,我获益良多。

首先,通过参加这项竞赛,我提高了解决实际问题的能力。

在竞赛中,我们需要分析和理解实际工程问题,并将其转化为数学模型。

这需要我们运用所学的数学和物理知识,以及创造性思维来解决问题。

通过完成竞赛的各个阶段,我学会了更加系统地、有条理地思考问题,并提出合理的解决方案。

其次,参与结构赛建模竞赛还锻炼了我的团队合作能力。

在这项竞赛中,通常需要组成一个小组来合作完成任务。

每个成员有不同的专长和角色,需要协调合作,共同完成团队目标。

在竞赛中,我学会了如何与他人进行有效沟通,如何分工合作,并尊重他人的意见和贡献。

这些经验对我今后的职业生涯和日常生活都非常有价值。

此外,结构赛建模竞赛也提供了一个实践和应用所学知识的机会。

通过参加竞赛,我得以将课堂上学到的理论知识应用到实际问题中。

这使我能够更好地理解和记忆所学内容,并培养了我将学到的知识应用到实际问题中的能力。

竞赛中还有一些实地调研和设计的环节,这使我能够亲身感受和应用所学知识,对专业有了更深入的理解。

在参与结构赛建模竞赛的过程中,我也面临了一些挑战。

首先,竞赛的时间安排非常紧张,需要在有限的时间内完成各种任务。

这要求我具备一定的时间管理能力,合理安排和分配时间,高效地完成任务。

此外,竞赛中遇到的问题和难题也要求我具备独立思考和解决问题的能力,这对我个人的能力提出了更高的要求。

总的来说,参与结构赛建模竞赛是一次非常有收获的经历。

通过这个竞赛,我不仅加深了对结构工程的理解,还提高了解决实际问题和团队合作的能力。

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品
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1. 结构选型
根据第五届全国大学生结构设计竞赛委员会提供的赛题,为达到承担竖向荷载和地 震水平动力荷载的目标,并考虑采用竹片制作的现实,本队以节省材料、承载力大、刚度 适合、美观为出发点,经过多次计算分析、实验研究,最终采用以框架斜撑为骨架的塔形 组合格构柱体系,如图 1 所示。
5.1 结点构造说明···························································23 5.2 铁块布置方案···························································23 5.3 水箱注水重量···························································24 6.材料表······································································24
2.3 近似模型 1----组合格构柱体系抗震设计····································6 2.3.1 计算参数··························································7 2.3.2 格构柱分肢长细比验算··············································8 2.3.3 格构柱稳定性强度验算 ·············································8 2.3.4 格构柱的分肢柱稳定性强度验算······································9 2.3.5 缀条(斜杆)验算··················································9

第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品

第五届全国大学生结构设计竞赛一等奖作品

第五届全国大学生 结构设计竞赛计 算 书目 录1结构选型 (1)1.1需求分析 (1)1.1.1 力学 (1)1.1.2 美学 (1)1.2结构选型 (2)1.2.1 竖向承重体系 (2)1.2.2 横向抗侧力体系 (2)1.3方案效果图 (3)2结构建模及主要计算参数 (4)2.1分析假定 (4)2.2材料参数及几何模型 (4)2.2.1 材料参数 (4)2.2.2 几何模型 (5)2.3有限元建模 (7)2.3.1 单元选择及节点处理 (7)2.3.2 静、动力参数 (7)2.3.3 有限元分析模型 (8)3结构受荷分析 (9)3.1静力分析 (9)3.1.1 位移 (9)3.1.2 内力 (9)3.2动力时程分析 (10)3.2.1 质量源及节点束缚 (10)3.2.2 模态分析 (10)3.2.3 位移和内力 (11)3.3结构稳定分析 (15)4节点构造 (15)4.1支座节点 (15)4.2梁柱节点 (16)5模型加工图及材料表 (16)5.1模型加工图 (16)5.2材料表 (17)6铁块分布详图及水箱注水重量 (18)6.1铁块分布详图 (18)6.2水箱注水重量 (18)附件A 模型及节点实物图 (19)附件B 模型设计施工图 (20)1.1需求分析本次结构设计竞赛赛题为采用竹材和502胶水制作一个多层房屋结构模型,要求所制作的模型不但要能够承受顶部水箱和各楼层铁块的静力荷载,而且必须能够承受模拟地震动的动力荷载。

虽然赛题对结构的具体变形没有多加限制,但是对每级荷载加载时的模型失效制定了判定准则。

为了保证不出现模型失效,必须严格控制结构的绝对位移和层间位移。

因此,设计出来的结构模型必须是一个在满足竞赛要求的前提下,运用空间结构的构造方法和结构力学、材料力学等相关力学知识所设计出的材料消耗最少、同时结构强度和刚度能够满足竞赛要求的结构模型。

以下结合力学和美学对结构方案进行需求分析。

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义6

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义6

第六讲MIDAS桥梁结构模型入门讲授人:黄祖慰打开软件;另存到一个指定的文件夹(自己创立的新文件夹,目的是使用方便);开始操作:在主菜单中选择工具>单位体系在长度栏中选择mm在力栏中选择N点击确认按钮选中菜单系统在主菜单中选择工具>用户指定>工具条。

在工具条目录中将节点、单元、特征打钩对单元工具条上的蓝色部分用鼠标指定后若放到自己所需的位置。

使用相同的方法可以排列使用相同的方法可以排列节点工具条和特性工具条点击工具条对话框结束按钮以改进后的桥梁教学模型作为例子一、定义材料此次分析的桥梁模型材料的力学参数为:顺纹弹性模量E=103MPa、顺纹抗拉强度σ=30MPa。

主菜单中选择模型>材料和截面特征>材料点击添加那妞,调出材料数据对话框输入材料名称桐木类型选择:用户自定义规范:无输入弹性模量1e+3泊松比这里取单位换算*1000000 牛/立方毫米在容重处直接输入*1000000其他不考虑,若找到准确数据可填点击确认按钮材料定义完毕材料定义完了可以通过编辑对材料的属性进行修改二、定义截面主菜单中选择模型>材料和截面特征>截面点击添加,一次添加以下截面添加时输入截面名称,选择截面类型,点击用户,输入杆件参数截面类型有:杆号,名称,类型,截面形状1,横梁,用户,T型2,纵梁,用户,箱型3,拉条,用户,实腹长方形截面4,主梁竖杆,用户,箱型5,横断面竖杆,用户,H型6,下横联杆件,用户,矩形具体软件对话框如下:截面定义完毕:三、建立模型建立节点单元节点号(开);自动对齐(开);选择正视图点击模型、节点、建立节点(节点起始号这一栏始终不管)输入:坐标0,0,0 复制次数6 距离在DX上填100 点击适用,如下图所示点击复制移动节点按钮用选择节点号为2-6的节点输入项目如下图输入框所示,点击适用便可生成8-12节点建立单元:建立纵梁:点击菜单、模型、单元、建立单元在建立单元的对话框里面选择单元类型为一般梁/变截面梁材料选择桐木截面选择纵梁截面选择纵梁一次点击1,2;2,3;3,4;4,5;5,6;6,7;节点建立起纵梁单元建立主梁竖杆:打开建立单元的对话框,方法同上,只需把截面改成主梁竖杆,依次分别点击节点2,8;……6;12;建立竖杆按照上述方法建立起拉条复制主梁:在单元建立的对话框里面形式:复制等间距: DY:170 复制次数选择1用选择已经建立了的全部单元和节点点击适用,主梁即复制好,点击视图即可显示出上图。

第五届全国大学生结构设计竞赛计算书概要

第五届全国大学生结构设计竞赛计算书概要

“龙麟杯”第十一届南京工业大学结构设计竞赛暨第五届全国大学生结构设计竞赛选拨赛设计计算书参赛队伍:菁竹之光作品名称:竹光永恒目录一.概述 --------------------------------- 1二.结构选型与建模 ------------------------- 1三.结构设计方案说明 ----------------------- 2四.结构几何与材料属性 --------------------- 5五.结构在静荷载和地震荷载作用下的计算 ----- 5(1恒载作用下内力和位移计算分析----------- 6(2恒载+地震作用下内力和位移计算分析------- 9一.概述此次竞赛模型规定为至少四层房屋结构模型,并且在模型顶部设有水箱。

模型要求总高度为100±0.5 cm,且至少具有四层结构,且每层净高不小于22cm。

模型底面尺寸不大于22cm ×22cm正方形平面,每层规定有效承载面积的范围和总承载面积。

其目的在于满足竞赛模型要求的情况下,应用空间结构力学的知识,设计出材料用量最少,同时能够满足足够的强度和刚度要求,并且能够抵抗模拟水平地震荷载的结构模型。

二.结构选型与建模考虑到结构需加载水平地震波,我们小组选择了框架结构。

因为框架结构空间分隔灵活,自重轻,有利于抗震,节省材料。

又框架结构侧向刚度较小,属柔性结构,在水平加速度的作用下,能够产生较大位移而不发生结构性的破坏,造成梁柱断裂或倒塌等后果。

结构模型效果图根据竞赛要求,加载方向通过抽签决定,所以模型外形采用了中心对称的方式,楼板均为正方形。

为了使重心尽量偏低,设计时在底层加载较多的铁块,并且顶层面积适当缩小。

结构立面图三.结构设计方案说明楼板设计说明:出于中心对称的设计,楼板采用了正方形的几何图形,每层楼板四周分别设置5mm×10mm的梁,嵌入方形柱内部。

因为铁块均匀分布,楼层中央将为压力重心,楼板下层受拉最大,故在楼层中间设置X型的梁,承载铁块分布的重量,并且铁块尽量沿四周分布。

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义

第六讲MIDAS桥梁结构模型入门讲授人:黄祖慰打开软件;另存到一个指定的文件夹(自己创立的新文件夹,目的是使用方便);开始操作:在主菜单中选择工具>单位体系在长度栏中选择mm在力栏中选择N点击确认按钮选中菜单系统在主菜单中选择工具>用户指定>工具条。

在工具条目录中将节点、单元、特征打钩对单元工具条上的蓝色部分用鼠标指定后若放到自己所需的位置。

使用相同的方法可以排列使用相同的方法可以排列节点工具条和特性工具条点击工具条对话框结束按钮以改进后的桥梁教学模型作为例子一、定义材料此次分析的桥梁模型材料的力学参数为:顺纹弹性模量E=1.0 103MPa、顺纹抗拉强度σ=30MPa。

主菜单中选择模型>材料和截面特征>材料点击添加那妞,调出材料数据对话框输入材料名称桐木类型选择:用户自定义规范:无输入弹性模量1e+3泊松比这里取0.25单位换算9.8*0.3/1000000 牛/立方毫米在容重处直接输入9.8*0.3/1000000其他不考虑,若找到准确数据可填点击确认按钮材料定义完毕材料定义完了可以通过编辑对材料的属性进行修改二、定义截面主菜单中选择模型>材料和截面特征>截面点击添加,一次添加以下截面添加时输入截面名称,选择截面类型,点击用户,输入杆件参数截面类型有:杆号,名称,类型,截面形状1,横梁,用户,T型2,纵梁,用户,箱型3,拉条,用户,实腹长方形截面4,主梁竖杆,用户,箱型5,横断面竖杆,用户,H型6,下横联杆件,用户,矩形具体软件对话框如下:截面定义完毕:三、建立模型建立节点单元节点号(开);自动对齐(开);选择正视图点击模型、节点、建立节点(节点起始号这一栏始终不管)输入:坐标0,0,0 复制次数6 距离在DX上填100 点击适用,如下图所示点击复制移动节点按钮用选择节点号为2-6的节点输入项目如下图输入框所示,点击适用便可生成8-12节点建立单元:建立纵梁:点击菜单、模型、单元、建立单元在建立单元的对话框里面选择单元类型为一般梁/变截面梁材料选择桐木截面选择纵梁截面选择纵梁一次点击1,2;2,3;3,4;4,5;5,6;6,7;节点建立起纵梁单元建立主梁竖杆:打开建立单元的对话框,方法同上,只需把截面改成主梁竖杆,依次分别点击节点2,8;……6;12;建立竖杆按照上述方法建立起拉条复制主梁:在单元建立的对话框里面形式:复制等间距:DY:170 复制次数选择1用选择已经建立了的全部单元和节点点击适用,主梁即复制好,点击视图即可显示出上图。

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (2)

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (2)
根据赛题要求竞赛模型为多层房屋结构模型,需要承载竖向静载 和横向动载。相比于静载,横向动载对结构强度的要求更高,所以我 们构思:
1
设计说明
1、模型要求
竞赛模型为多层房屋结构模型,采用竹质材料制作,具体结构形 式不限。模型包括小振动台系统、上部多层结构模型和屋顶水箱三个 部分,模型的各层楼面系统承受的荷载由附加铁块通过实现,小振动 台系统和屋顶水箱由承办方提供,水箱通过热熔胶固定于屋顶,多层 结构模型由参赛选手制作,并通过螺栓和竹质底板固定于振动台上, 图 1 给出了一示意性结构图。
(2) 提供大、小两种规格铁块。大铁块长、宽、高约分别为 12cm、 6cm 与 3.2cm,重量为 1800g。小铁块的长、宽、高约分别为 6.0cm、 4.5cm 与 3.2cm,重量为 675g。由于加载设备限制,模型中附加铁块 总重量不得超过 30kg。
4
(3) 模型顶面上应放置水箱,且水箱内应至少注入 10cm 高的水。 水箱尺寸的长、宽、高为 15.5cm×15.5cm×25.7cm,容量为 4L。模 型顶面不能放置铁块。
全国第五届高校结构设计竞赛是一个极富创造性,挑战性的科技 竞赛。它旨在通过对所学知识的综合运用和团队精神,提高学生的动 手能力与思维能力,激发创新意识,培养科学思维,加强团队协作, 提高动手能力,提升大学生的综合创新实践素质。
这次比赛无疑给我们建立了一个理论联系实际的平台,日后就要 我们这些学子自己去把握机会了,因为自己的路需要我们自己去走。 通过本次比赛,我们锻炼我们自己,加深入了对理论知识的理解的同 时,我们还和来自全国各地的学子交流我们对建筑结构的认识。这将 是我们学海生涯中难忘的一笔。
三、设计方案
1、设计基本假定 …………………………………………(13)

第五届全国大学生结构设计大赛

第五届全国大学生结构设计大赛

第五届全国大学生结构设计大赛结构设计方案书作品名称凌霄参赛单位天津大学队伍名称 302指导老师韩庆华教授李宁讲师参赛队员李天宇薛子洲陆洋2011年10月目录一、结构选型 (1)1.1 赛题分析 (1)1.2灵感来源 (1)1.3模型效果 (3)1.4结构选型及创新点 (6)二、结构建模及主要计算参数 (10)2.1建模效果轴测图 (10)2.2模型尺寸 (10)2.3材料力学性能及主要计算参数 (11)三、受荷分析 (13)四、节点构造 (32)4.1柱子与主梁的结点 (32)4.2井字形楼板的连接 (32)五、模型材料表及注水高度 (33)六、铁块荷载布置方式 (33)附录一:振动台试验室实验 (34)附录二:TLD减震技术手段 (35)附录三:Ansys时程分析命令流 (37)一、结构选型1.1 赛题分析本届结构设计大赛旨在设计一座高耸结构,满足强地震作用下的结构使用功能,真正做到高层建筑结构小震不坏大震不倒,进而推动高层建筑逐步成为未来建筑业中的主流发展方向。

与此同时,还要利用TLD减震手段,通过调节结构自身自震频率与水箱自震频率,使得二者达到一个最佳状态,更加完善的达到减震作用。

本次结构设计大赛的荷载模式采取自由设定铁块的方式,有效承载重量是铁块重量的高度加权值。

由于最后的计算公式中,主要涉及有效承载能力结构自身质量台面响应加速度这三项参数指标,因此,如何做出较为轻质的结构,尽可能的提升承载能力成为了本届结构赛的关键。

与此同时,充分利用TLD,使得水箱的自震频率接近甚至等于结构在施加铁块之后的自震频率,在一定程度上可以帮助起到减震的效用。

结构自身质量主要是来自于竹皮用量以及502胶水的使用量,虽然502可以增重较大,但是502胶水滴注过的竹皮强度会有一个很大的提升,我们团队在制作结构的时候,通过这种方法,对一些关键的部位滴注胶水,提升结构的承载力。

结构的有效承载力是按照铁块重量乘以所在高度进行加权值求和,虽然体块在高处可以得到更多的有效承载力分数,但是,不可盲目追求而忽视结构自身的承载规律特性,尽量做到铁块均布在结构上。

全国大学生结构设计竞赛赛后总结和思考

全国大学生结构设计竞赛赛后总结和思考

第八届 全国大学 生结 构设 计竞 赛赛 题是 三重檐 攒 尖顶 仿古 1 . 3 对 竞赛评 分规 则 的分析 楼 阁模 型制作 与测试 , 赛 题 的大体 结构 框架 都 已经规 定 , 虽然 不 此次结构设计竞赛有三个加载 阶段 , 每一 阶段抗震 系数 分别 能从模型主体结 构 的设计 人 手创新 。但构 件 的设计 完全 可 以有 为 0 . 5 , 0 . 7 5 , 1 . 0 。针对这 一规 则 , 我们分 析得 出 : 能否获 得奖 项 所创新 , 譬如梁与柱 的 连接设 计 , 柱 子和 顶层 之间 的连接 方式 以 的决定因素在于模 型质 量 的轻 重 。此次 竞赛作 品中质量 最轻 的 及 构件 的截 面设计 。总体设计可 以按 “ 强剪 弱弯 , 强柱 弱梁 , 强节 是上海交通大学的模型 , 其质量 为 4 7 . 6 g 。虽然 没有 全部通过 地 点弱构件 ” 的要求来做 , 除 此之 外结 构 的抗震 和减 震设计 都 可 以 震模拟加载 , 但是 最终 获得 了一等 奖。类似 的 , 其他 高校 的模 型
通过构件 的构造 设计 来 达到 。另 外 , 对 于结构 的刚度 分配 , 应 遵 质量也很轻 , 但均 未通 过全部 加载 , 依 然能得 到 奖项 。我 们此 次 循“ 从下往上 , 逐级递减 ” 的原则 。
竞赛 虽然顺利通过 了所有加载 , 但 是质 量太重 , 足有 1 7 6 g 。根 据 比赛 评分标准 , 我们加载环节得分仅相 当于一个 8 8 g的模型 通过
全 国大 学 生 结构 设 计 竞 赛 赛 后 总 结 和 思 考★
王 琪 陈 云

姜 宝石
李光 范
( 海南大学土木建筑工程学院 , 海南 海口 5 7 0 2 2 8)

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义2

黄祖慰-大学生结构设计竞赛指导讲义2

第二讲大学生结构设计竞赛介绍讲授人:黄祖慰一、全国赛概况第一届:高层建筑结构模型第一届全国赛赛题赛点为制作一座一米高的房屋结构模型,在模型底部装铁砂以模拟基础效果。

模型加载方式为单侧水平静力荷载与动恒载。

右图为西南交通大学代表队作品,整个结构以桁架构造布置。

由于这次比赛加载单向性的问题,结构模型构造上也应该采取单向刚度大的设计。

下面展示获得一等奖的作品:浙江大学作品:东南大学作品:特点为桁架+蒙皮结构上海交大作品:其在设计上完全按照赛题加载规则,设计时没有按照具体楼房的设计来设计,而是只考虑加载方向上的刚度。

反面教材:结构竞赛不等于结构造型竞赛,把握赛题要点是硬道理,过多添加不必要的构造或者装饰只会使结构重量增加。

第二届:两跨双车道桥梁第二届国赛赛点是两跨双车道桥梁结构模型设计、制作和移动荷载作用的加载试验,与多次举办的校内赛赛题相似。

下图为加载装置示意图。

下面介绍第二届国赛的优秀作品:浙江师范大学(第一名)269g:由其结构构造可将其想象为一单索面上承式悬索与空间桁架的组合结构,其横梁纵梁均采用三角截面箱型梁,符合其桥面系的受力机理斜杆采用卷制的空心圆管节点的处理非常独到。

上海交通大学(第二名)279g:模型充分利用了纸张的抗拉能力,采用蒙皮作用防止主梁竖向构件受压失稳,另外再通过横向联结系保证两片主梁稳定。

反面教材:华侨大学(242g):桥梁模型结构轻盈,但是细节处理不当,横向联结系失效导致桥梁失稳破坏。

某某大学作品:对赛题恒载理解不充分,设计上过于保守。

其在设计上也存在缺陷,对力学概念理解模糊,模型重量大。

不关注细节,桥梁结构上刚度,但是桥面布置不合理,导致模型加载失败。

第三届:定向木结构风力发电塔第三届国赛的赛点是制作一个支架与风力发电叶片,在风荷载下达到模型的保证模型不损坏的同时尽量增大发电功率。

下面为模型与加载装置的示意图:下面介绍优秀作品:西南交通大学(第一名)支架普通,没有经过仔细优化,模型重量大。

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结在结构设计原理方面,我在参加结构设计大赛中学到了很多知识和技巧。

在这次大赛中,我们小组的任务是设计一座高层建筑的结构。

通过这个过程,我对结构设计的原理有了更深入的理解,并且学会了一些实际应用技巧。

我学到了结构设计中的静力平衡原理。

在设计高层建筑的结构时,考虑到建筑的重量和受力情况是非常重要的。

我们需要保证建筑物的结构能够承受各种荷载,包括重力荷载、地震荷载、风荷载等。

了解和应用静力平衡原理可以帮助我们确定结构的稳定性和安全性。

我学到了结构设计中的材料力学原理。

在设计建筑结构时,我们需要选择合适的材料来满足结构的需求,例如混凝土、钢材等。

了解材料的力学性质,如强度、刚度、应变等,可以帮助我们确定材料的适用范围和限制条件。

通过合理选择和使用材料,可以提高结构的强度和刚度,确保结构的安全性和耐久性。

我学到了结构设计中的结构分析原理。

在设计结构时,我们需要进行结构的分析,以确定结构的受力和变形情况。

结构的分析方法包括静力学分析、动力学分析、有限元分析等。

通过结构分析,我们可以评估结构的强度和刚度,并进行必要的优化和调整。

掌握结构分析原理可以帮助我们理解结构的行为规律,为结构的设计提供指导和依据。

我还学到了结构设计中的结构优化原理。

在设计结构时,我们需要满足一定的设计要求和约束条件,如最小化结构的重量、最大化结构的刚度等。

通过应用优化方法,如遗传算法、粒子群算法等,可以寻找最优的结构设计方案。

结构的优化可以提高结构的性能和效率,并减少结构的材料和成本。

结构设计原理是非常重要的,在结构设计中起到了关键的作用。

通过学习结构设计原理,我不仅在结构设计大赛中取得了好的成绩,还提高了自己的知识水平和技能。

我相信,掌握结构设计原理可以帮助我在未来的工作中更好地应对各种结构设计问题,为建筑工程的安全和可持续发展做出贡献。

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (3)

第五届全国大学生结构设计竞赛优秀奖作品 (3)

带屋顶水箱竹质多层房屋设计方案【摘要】本作品严格按照“第五届全国大学生结构设计竞赛”要求,采用组委会提供的各种规格竹材及胶水的力学特性,以获得最理想的效率比为结构设计目标,根据结构设计动力学和静力学理论,通过一系列的试验摸索和反复计算,逐步对方案分析和优化,在结构自重、楼层荷载分布的高度和重量、所能承受的最大地震波加速度峰值等四个方面进行最优组合,经过数月的努力,精心设计并制作了符合竞赛要求的结构模型——挺然。

【关键词】木竹结构多层房屋结构地震波效率比目录目录 (III)1.设计思路 (1)2.模型方案 (2)2.1结构方案 (2)2.2铁块布置 (5)2.3水箱设置 (5)3.理论计算 (6)3.1模态分析 (6)3.2静力分析 (8)3.3动力分析 (14)4.试验研究 (15)4.1材料试验 (15)4.2振动台加载 (16)5.施工要素 (16)5.1下料及构件制作 (16)5.2组装 (17)5.3其他 (17)6.结论 (17)1.设计思路本次赛题为制作多层竹质房屋结构,结构顶部及各层楼面分别放置水箱和附加铁块,利用小型精密振动台系统模拟水平地震作用对结构进行加载,考察其承载力。

通过对赛题的深入理解,我们从以下几个主要原则着手设计:✧结构材料特点:充分利用赛题所给出的竹制材料所具有的良好的拉、压性能,同时,运用竹皮可以方便的裁制出各类所需要的杆件截面,制作出得杆件具有良好的柔韧性。

达到结构“柔而不坏”的特点✧结构动力特性:针对加载的三条地震波,经反应谱分析可知,峰值反应谱频率主要分布在2~6Hz范围内。

为此,从减小结构的地震作用的角度出发,应尽可能使结构主要自振频率避开此区间。

考虑到结构做的刚度较大将无形中会增加材料的用量,所以我们争取将结构的第一阶自振频率控制在2Hz以下。

✧结构节点要求:自振频率的降低必然会使结构趋柔,从赛题规则来看,对结构变形未提出要求。

变形的大小不会影响成绩。

结构大赛工作总结

结构大赛工作总结

结构大赛工作总结
在过去的一年里,我们团队参加了多个结构大赛,并取得了一系列令人瞩目的成绩。

在这个过程中,我们经历了挑战、成长和收获,下面我将对我们的工作进行总结。

首先,我们团队在准备结构大赛中付出了大量的时间和精力。

我们从初步的构思到最终的方案设计,经历了无数次的讨论和修改。

每一位团队成员都发挥了自己的专长,共同为项目的成功贡献了力量。

其次,我们在比赛中遇到了各种各样的挑战。

有时是技术上的难题,有时是时间上的紧迫,有时是团队协作的问题。

但是我们团队始终保持着积极的态度,努力克服困难,不断寻求解决问题的方法。

最后,我们的努力得到了回报。

在多个结构大赛中,我们团队取得了优异的成绩,获得了多个奖项和荣誉。

这不仅是对我们团队努力的肯定,也是对我们专业能力的验证。

通过这些结构大赛的参与和总结,我们团队不仅提高了专业技能,也增强了团队合作意识和解决问题的能力。

我们深知,成功的背后是团队的努力和合作。

在未来的工作中,我们将继续努力,不断提升自己,为更多的结构大赛取得更好的成绩而努力。

第五届全国大学生结构设计大赛作品

第五届全国大学生结构设计大赛作品

“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛计算书摘要“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛参赛作品——“竹”,欲学竹之挺拔,PK竹之坚韧,能矗立于大震之后。

该作品采用仿生设计。

柱脚仿竹之根须,分散粘接于底板,锚固可靠;柱身仿竹之躯干,为中空截面,上细下粗,受力合理;梁柱节点仿竹之竹节,连接牢靠,韧性好。

根据竞赛规则和地震波特性,合理设计了结构形式和铁块放置方式,形成了上部水平刚度小,下部水平刚度大,同时兼顾稳定性的结构体系。

在满足竞赛所有要求的前提下,经多次计算、试验和优化,作品“竹”在平面上呈边长141mm的正方形,每层有4个矩形箱型截面主梁,并由4个三角形箱型截面柱支撑;为布置更多铁块,在第三层上采用了悬挑梁,以扩大楼层面积;在立面上,布置了一些控制结构水平刚度和提高稳定性的斜向和水平支撑。

考虑材料的离散性和制作工艺的误差,作品“竹”的自重为78±5g,承载27±3kg铁块和满载的水箱,其有效承载面积为648cm2,能成功抵御竞赛给定的各级地震作用。

总之,作品“竹”造型简洁、工艺精美、受力合理、结构材料效率比高,实现了模型自重轻、抗震性能好的目标。

目录1设计说明 (2)2 结构选型 (3)3 结构建模及主要计算参数 (4)3.1 分析假定 (4)3.2 材料特性、几何模型 (5)3.3 静、动力荷载参数 (6)3.4 有限元模型的建立 (7)4 结构受荷分析 (8)4.1 结构静力分析 (8)4.2 结构动力分析 (9)5 节点构造 (12)5.1 支座节点 (12)5.2 相贯节点 (12)6 模型加工图及材料表 (13)6.1 模型加工图 (13)6.2 材料表 (15)7 铁块分布详图 (16)7.1 铁块分布详图 (16)7.2 水箱注水重量 (18)附录:参赛作品“竹”设计图1 设计说明“PKPM”杯第五届全国大学生结构设计竞赛结构设计竞赛模型为多层房屋结构模型,采用竹质材料制作,具体结构形式不限。

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题部分条文说明和答疑_(一)

第五届全国大学生结构设计竞赛赛题部分条文说明和答疑_(一)

第五届全国大学生结构设计竞赛关于赛题部分条文说明和答疑(一)1. 对赛题第一章“水箱通过热熔胶固定于屋顶”与赛题第五章第(2)条“502胶水:用于模型结构构件之间的连接及水箱与模型的固定”的说明。

说明:现明确:模型构件之间的连接、模型与底板的连接均采用502胶,附加铁块的固定、水箱的固定统一采用热熔胶。

2. 对赛题第二章2.1第(5)条:“在模型内部,楼层之间不能设置任何横向及空间斜向构件”的说明。

说明:本条规则中“模型内部”所指的范围不包括模型外立面。

图1(a)~(c) 给出几组示例。

(a)横向构件(违规)(b)空间斜向构件(违规)(c)外立面构件(不违规)图1 构件布臵示例3. 对赛题第二章2.1第(5)条:“模型底层所有方向的外立面底部正中允许各设置一个12cm×12cm(高×宽)的门洞”的说明。

说明:1)本条规则要求模型底层所有外立面必须保留设臵门洞的空间,其尺寸为12cm×12cm(高×宽),即在此范围内不应设有任何构件(如剪力墙、支撑等)。

在各参赛队最终提交模型时,组委会将采用一个长方体(长×宽×高为12cm ×12cm×2.5cm)对模型进行检验,要求长方体能“穿透”底层各外立面。

2)请注意,本条规则并不要求在模型上进行门洞构造。

4. 对赛题第二章2.1第(6)条:“模型顶面为平面,应满足安全放置水箱的要求”的说明。

说明:本条规则对于模型顶层的面积不作具体要求,但模型必须使得水箱能够安全放臵。

若由于顶层尺寸不合适而导致水箱无法安装,则模型判为失效,取消振动台加载资格。

5. 对赛题第二章2.2第(3)条全文的说明。

说明:1) 本次比赛中,水箱只允许竖直、正向(水箱盖朝上)放臵,在比赛第2号通知的附件2中提供了比赛所用水箱的产品品牌(乐扣牌)、型号和规格的信息。

2) 请注意,水箱尺寸155mm×155mm×257mm中155mm×155mm为上表面盒盖的外轮廓尺寸,而与模型顶层直接接触的水箱下底面外轮廓尺寸为124mm×124mm,如图2所示。

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结

结构设计原理小结_结构设计大赛工作总结在结构设计大赛的工作中,我学到了许多结构设计的原理和技巧,以下是我对这些原理和技巧的总结。

一个良好的结构设计应该满足结构的安全性要求。

在设计过程中,我们需要计算和分析结构的受力情况,确保结构在各种荷载下的安全性能。

这包括计算结构的强度、刚度和稳定性,确保结构在荷载作用下不发生破坏或失稳。

结构设计要考虑结构的经济性。

在设计过程中,我们需要合理选择材料和断面尺寸,以最小化结构成本。

这包括优化设计和材料选择,以及考虑结构的制造和施工成本。

结构设计还要考虑结构的可靠性。

在设计过程中,我们要考虑结构的可靠性要求和设计寿命,以确保结构在使用寿命内不发生失效或破坏。

这包括对结构的荷载和材料性能进行合理的安全系数选取,以及对结构进行适当的检查和监测。

结构设计还要适应结构的使用需求。

在设计过程中,我们要考虑结构的使用功能和要求,以满足结构的使用需求。

这包括结构的布局和功能区划,以及结构的空间和功能要求。

结构设计要考虑结构的环境适应性。

在设计过程中,我们要考虑结构所处的环境条件,如气候、地质和地形等,以确保结构在环境条件下的稳定性和可持续性。

这包括采取合适的措施,如抗震、防风、防震等,以保证结构在恶劣环境下的安全性和可用性。

在结构设计大赛的工作中,我学到了结构设计的原理和技巧,包括安全性、经济性、可靠性、适应性和环境适应性。

这些原理和技巧对于一个良好的结构设计非常重要,它们能够帮助我们设计出安全、经济、可靠、适应和环境友好的结构。

通过参加结构设计大赛的工作,我不仅学到了知识和技能,还体验了实际的结构设计过程,提高了自己的团队合作能力和问题解决能力,对未来的工作和学习都有很大的帮助。

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第五届全国大学生结构设计竞赛总结(技术版)黄祖慰200805375th国赛的作品,是总结了4th国赛的失败教训,以降低模型量为重点的模型设计和制作成果。

我们通过不懈努力,终于到达了目标。

在这次比赛中,我们研究出了一些先进的模型设计和制作技巧和积累了更多的设计和制作的经验。

在此,我将通过模型从无到有的整个过程进行具体的介绍。

一、研读赛题读懂题目在结构设计竞赛中是一个最基本的要求,要做到对赛题的点点滴滴熟记于心,并且从规则中发掘模型设计的切入点。

要想获得大奖,就要对题目认真分析;努力寻找漏洞显得相当重要,是一条迈向成功的捷径。

在本次结构设计竞赛模型中,整体铁块,虚悬挑梁等都是针对题目漏洞而设计的,为模型重量的减轻做出了重要贡献。

二、准备制作工具所谓公欲善其事必先利其器,要想做好一个模型,一套好的工具是必须的。

在制作模型初期,选手可以采用非比赛指定工具来制作模型。

虽然赛题中已经明确规定了制作工具,但是由于提供工具的局限性,有些很好的想法不能够在模型上做出来。

我的建议是,先使用的工具,把想法尽可能表现出来,等到模型初步定型后,再使用比赛指定工具,寻求达到同样效果的模型的制作方法。

为了提高制作精度,画线笔可采用0.38mm的水笔。

三、研究材料特性所谓知自知彼方能百战不殆,在制作模型之前,必须先对材料进行分析,了解材料的特性,由此得知材料的实际力学性质和可加工性质。

下面我就罗列我对本次比赛的复压竹皮、竹制底板和502胶水的性质研究的一些心得:1、复压竹皮在顺纹路方向存在连续纤维,利于受拉。

但是顺纹容易被撕裂。

2、规格为0.2mm的竹皮为单层竹皮,应注意竹皮上存在的竹节的薄弱点,应尽量避开;此种竹皮,一面为光面,一面为毛面,粘贴时,光面的粘接速度要快于毛面,但是最终粘接紧密性毛面为优。

使用单层竹皮作为拉杆,存在风险,北京交通大学的模型是个典型例子。

3、规格0.35mm竹皮由一张0.2mm和一张0.15mm竹皮复压而成,其两层粘结的紧密性大于0.5mm的竹皮。

适合作为拉杆,比较安全。

在选着此种规格竹皮作为拉杆时应当注意竹皮里面的竹节,在正反两面,竹皮上的节点不能重合,在做出拉杆后应当注意并进行筛选。

4、规格为0.5mm的竹皮,两层粘结紧密程度较0.35mm规格竹皮低,选择材料时,应该选择竹皮粘结紧密性高的。

紧密性不高的竹皮,在制作过程中容易造成杆件局部稳定性低,对模型质量有重大影响。

5、尽量选着表面平整的竹皮,在搬运过程中尽量避免卷起竹皮,以防止横向纤维的破坏。

6、湿度对材料的影响不容忽视,经过试验,发现复压竹皮在湿度上升时,顺纹的变形量比横纹大。

由此,为了尽量减少湿度对整体模型的影响,切割竹皮时,应该尽可能平行于竹皮的顺纹纹路,若不,则模型在做好之后会出现扭曲现象,对模型性能的发挥影响很大。

7、竹制底板的表面是覆盖了一层0.5mm规格的复压竹皮,由于复压竹皮两层之间的紧密度不高,容易分离,制作柱脚时应当特别注意对柱脚进行处理。

8、502胶水对模型重量的贡献大,通过实验得知一瓶502能使模型增重2.8克。

在制作模型时,应该注意胶水的用量,并不是越多越好。

胶水多了,干得慢,还会影响粘贴效果。

正确使用方法是先在要粘接对象的边角滴加少许,等干后再按情况进行补胶。

此次国赛模型的一般用胶量为1瓶。

9、开启502瓶子的时候,应该先用手指轻弹几下瓶嘴,再用针扎孔,这比使用导管效果好。

10、在这里更正一个谣言,502的使用其实不会使得材料变脆,反而会带来一定的韧性(在顺纹方向表现明显,而在横纹方向上起的作用不大)。

之所以有人用了觉得变脆,是由于涂抹不均匀,导致材料的受胶程度不一致,而在材料内部产生预应力。

四、模型的设计与定型在第四届比赛失败的教训下,我的设计路线是尽可能控制模型自量。

设计的原则是模型中每个部分都要有用,最好做到一物多用,让材料利用率达到最高。

在选拔赛之初,我选着的模型结构形状是三角形,缘由是要减少一根柱子,降低各层梁的周长已到达减轻质量的目的。

后来看到的小4边形截面同样能够起到这两者效果,并且在模型抗扭性和质量稳定性上比三角截面模型优越,因此引用其形状。

在选拔赛后期我曾经跟老师提到过的悬挂结构类似于东南大学二队和北京交通大学的作品,由于对赛题的核心筒的概念把握性不准,固不敢采用。

在模型形状定下来之后,下一步的任务就是合理规划各种杆件的材料构成、形状、尺寸,以达到降低模型重量和提高模型性能的目的。

五、模型杆件的选用下面分别对柱、梁、拉条的选用进行说明。

1、柱在这次比赛的准备过程中,有两种截面形式的柱子可选择,即矩形截面和三角形截面(圆形的一开始便被排除,做起来不方便,难度大,质量不容易控制,且节点处理困难),在截面一定的情况下,柱子在长度方向上还有等截面和变截面(均匀变化与突变)。

对于已经定型的模型进行分析,对可得知使用三角形截面柱的优势。

首先,整体模型截面为4变形,在各层的楼板面上不设交叉拉条,即楼面为一几何可变体系。

若柱截面为矩形(也为几何可变,在与梁连接时可看成是铰接),楼板节点成为弱节点,在震动的时候,不稳定性因素多,容易造成局部失稳而导致整体失稳。

三角形截面柱在这一点上就很好地解决了这个问题,三角形截面在是静定结构,当与梁连接时形成的节点刚度大于前者,效果也会有所改善;其次,为了达到以柔克刚的目的,柱的线刚度也不需要太高;再次,三角形截面柱用材剩,502胶水用量低,对减轻模型重量的效果非常明显;最后,由刻痕制作方法决定,在以下杆件的制作的篇章中会具体说明。

变截面柱的应用,很大程度上能够充分发挥材料的性能,间接增大了材料的利用率,从而降低了模型重量。

对于突变截面柱,在节点处容易造成应力集中,试验效果也不好,所以放弃使用。

最终决定使用的柱子类型为三角一次线性变截面柱。

材料选择为0.5mm竹皮。

尺寸见设计图。

2、梁梁的选用根据受力分析最开始有四种,T性截面、H型截面、矩形截面、三角形截面。

T型截面梁在静载的下效果不错,但是施加震动荷载时,梁的变形量较大而引起模型变形量变大,造成“弱梁强柱”型破坏,故放弃使用;H型截面,在对抗震动的性能上优于T型,但是在整体模型截面的稳定性上还是达不到要求,故放弃使用;由于制作方法的限制,加上梁的尺寸过小,三角形截面梁的质量不稳定,为求保险,故放弃使用。

矩形截面梁性能优越,刚度容易调节,经过反复试验并且改变尺寸,能够尽量避免弱柱强梁和强柱弱梁两种破坏,在震动荷载下使模型表现良好。

由一般梁的静载下受力特点,材料选择为:除了第四层受压区采用0.5mm外,其余梁受压区采用0.35mm规格竹皮,两侧0.35mm规格竹皮,受拉区采用0.20mm规格竹皮。

并由楼板荷载大小决定梁的高度,具体尺寸可见于设计图。

3、拉条选择材料为0.35mm规格的复压竹皮。

特别注意的是被复压的两层竹皮之间的竹节不能重叠。

六、杆件的制作杆件的制作,关键步骤为三步,即画线,切,粘。

三个步骤都非常重要,关系到模型的质量。

在这里预先有几个注意事项:1、画线:必须准确,一条线要一次性画完,不能断断续续。

2、切:切割时一只手必须用力压紧尺子,并且在切割过程中不能挪动尺子,下刀时应当注意刀片必须与切割面垂直,刀剑切向线的中央,切好的竹皮两侧都应该存在之前画的线。

3、刻痕:一只手紧紧压住尺子,使用刀背现在线上轻划一刀,确实对准线条,再用力刻。

刻痕需要大量的练习,才能达到理想的效果。

下面将在柱、梁、拉条的制作过程中分别具体介绍。

1、柱柱子为三角形一次线性变截面柱,应当注意到柱子模板的每个面都为梯形,画的时候应该先把对称线画出,方便检验图形的正确性(容易看出尺子是否弯曲)。

由于折叠后截面边长的改变,经过试验得出中间梯形的上下底边应当比两侧的梯形上下底边长0.5mm,这样方可做出一个正三角形截面。

由于长度方向的尺寸远远大于截面尺寸,所以角度φ可以忽略。

在这里应该注意的是:在竹皮上画线时,两个柱子的模板之间应该存在一定的距离,方便以后切割,在距离侧边4mm上再画一条线,方便以后粘贴。

在画完正面的线之后,把画好的大模板割下来(即从底到顶长一米的模板,大模板上一共有大于4个制作柱子的小模板),把大模板反面放在一平整的面上,按照层高和梁的设计高度在背面画出来(这样一次性就能够把若干根柱子梁的粘贴位置画出来,方便又准确),接着翻到正面,用刀背对柱子的各个分界线进行刻画,刻痕的宽度应该是0.5mm、深度最好是0.3mm,相当于可破一层竹皮而刚刚触及第二层,值得注意的是,1000mm长的刻痕不可能一次性刻出,在间断出应该保证连续,不能出现“道岔”。

这样,折叠起来效果好,并且很少开裂。

最后割下各个柱子的模板。

在划好刻痕之后,就要对各个面进行折叠,折叠的速度必须慢,而且要时刻注意折叠后的效果,少许开裂属于正常现象,但是注意不要造成连续开裂,每个柱的模板只折叠两条刻痕(即三个梯形夹着的那两条),留下另外一条另有用处,十分关键。

在折叠完刻痕过后,就要进行粘贴。

粘贴前,必须确保把模板在平台为一平面上,尽量不要悬空,把一梯形裸露的边卡到没有被折叠的刻痕里面,把端点对齐,用少许502胶进行固定,按4厘米左右为一单元进行粘贴,粘贴过程中,应当均匀涂抹502,不宜多涂,并时刻注意已完成部分是否笔直,有无扭转现象,若有,应当及时调整(施加一些与变形放向相反的力,再在已经粘好的地方涂抹胶水,这就是刚开始涂502量少的原因,开始的时候涂多了,调整就不会起作用,调整的时候也不能多涂,因为还有第2次调整)。

当粘贴完毕后,用小刀刀片贴着柱边把多余部分割去割去之后,即使操作得很好,也会发现柱子存在少许的扭曲变形和弯曲,视情况进行调整(放在平整的平面上,一端贴面,能观察到另一端由于扭曲而造成的角变形,假如提高端离平面距离小于2mm,则扭曲控制合格;假如柱子一端贴紧桌面,另一端弯起高度小于5mm则合格,在这里需要注意,检查弯曲变形时三个面都要检查),调整方法与上述调整原理一致。

在调整完之后,应该检查折痕处均匀滴加502胶水。

以保证两个相邻面的紧密连接,同样,要控制胶水用量。

只要按照上述方法制作的柱子,按照正常人的手工来做一般都会合格。

这种柱子有两个很大的优点:一是面与面之间的粘贴痕的接触面大,二是由于有大于半层的竹皮没有被切断,其作用无异于箍筋。

效果如图所示(并非真实尺寸,仅作示意)2、梁梁的制作主要是制作箱型梁。

由模型的设计图可得,需要材料的最大长度为126mm。

因此,先可在0.20mm、0.35mm 和0.5mm规格的竹皮上各取一段顺纹方向长度为130mm的竹皮,作为制作梁的模板的基础。

根据设计尺寸,依次画线。

画线的前应该规划好先后,例如底层的横向联系,第二层楼板,第三层楼板俯视图投影的宽度,其受压区应该画在一起,方便统一画出其两端的角度(由于要和三角截面柱连接,所以必须存在一定角度,才能做到完好连接)。

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