隨著現(xiàn)代建筑科技水平的不斷提高,大跨度空間結構體系也日趨復雜,部分節(jié)點處桿件相貫較多,焊接連接不便且殘余應力大。鑄鋼分叉節(jié)點由于其整體澆注成型的技術特點,可對節(jié)點分管數(shù)量,分叉角度和尺寸進行精確控制,實現(xiàn)節(jié)點光滑且美觀的外形,同時將施工中的焊接部位轉移至節(jié)點區(qū)外,消除了結構在多桿件匯交區(qū)域焊接時產(chǎn)生的殘余應力,從而降低了施工難度,提升施工速度與施工質量。然而,現(xiàn)階段鑄鋼分叉節(jié)點的優(yōu)化設計和生產(chǎn)制造技術水平仍然較低。節(jié)點設計優(yōu)化不足,在桿件匯交處存在應力集中現(xiàn)象,且節(jié)點自重大,用鋼量多,生產(chǎn)運輸成本高;節(jié)點生產(chǎn)制造技術落后,仍采用制造芯模-砂箱-熔鋼澆注-熱處理打磨等步驟的傳統(tǒng)工藝,工序繁瑣,制造精度低、工期長、成本高、節(jié)能和環(huán)保效益低下,已難以滿足現(xiàn)代工程實踐的需求。針對鑄鋼分叉節(jié)點設計及制造過程中存在的上述問題,本文以鑄鋼雙分叉、三分叉、四分叉節(jié)點為對象,采用拓撲優(yōu)化的方法對鑄鋼分叉節(jié)點的最優(yōu)拓撲形態(tài)進行了研究,并利用3D打印制造技術探尋了鑄鋼分叉節(jié)點智能制造方式。首先,利用Solid Works三維建模軟件建立原始的鑄鋼分叉節(jié)點模型,并應用Hyper Works有限元軟件中的Opt... 

【文章來源】：河南大學河南省

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 鑄鋼分叉節(jié)點的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鑄鋼材料方面
        1.2.2 有限元分析技術
        1.2.3 受力性能與承載力計算公式
        1.2.4 鑄鋼節(jié)點試驗
        1.2.5 生產(chǎn)制造技術
        1.2.6 現(xiàn)階段研究的不足之處
    1.3 拓撲優(yōu)化
        1.3.1 拓撲優(yōu)化的概念
        1.3.2 拓撲優(yōu)化的分類
        1.3.3 離散體結構拓撲優(yōu)化的研究現(xiàn)狀
        1.3.4 連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化的研究現(xiàn)狀
        1.3.5 拓撲優(yōu)化在建筑結構領域中的應用
    1.4 3D打印制造技術
        1.4.1 3D打印制造技術的發(fā)展和研究現(xiàn)狀
        1.4.2 3D打印制造技術在建筑領域中的應用
    1.5 本文的主要研究內(nèi)容
    1.6 本文的特色與創(chuàng)新之處
第二章 鑄鋼分叉節(jié)點的拓撲優(yōu)化理論及建模
    2.1 拓撲優(yōu)化理論
        2.1.1 變密度法中的SIMP插值模型
        2.1.2 Opti Struct解算器
        2.1.3 Opti Struct求解理論
    2.2 拓撲優(yōu)化數(shù)學模型
    2.3 節(jié)點原始模型的建立
        2.3.1 模型參數(shù)
        2.3.2 前處理
    2.4 原始節(jié)點模型有限元靜力分析
    2.5 本章小結
第三章 鑄鋼分叉節(jié)點的拓撲優(yōu)化設計
    3.1 拓撲優(yōu)化參數(shù)設置
        3.1.1 懲罰因子
        3.1.2 棋盤格控制
    3.2 拓撲優(yōu)化設計
        3.2.1 拓撲優(yōu)化分析
        3.2.2 單元密度靜態(tài)分析
        3.2.3 單元密度等值面分析
        3.2.4 優(yōu)化結果篩選
    3.3 節(jié)點在其它工況作用下拓撲優(yōu)化的討論
    3.4 本章小結
第四章 拓撲優(yōu)化節(jié)點的力學性能分析
    4.1 拓撲優(yōu)化節(jié)點的靜力分析
        4.1.1 雙分叉拓撲優(yōu)化節(jié)點
        4.1.2 三分叉拓撲優(yōu)化節(jié)點
        4.1.3 四分叉拓撲優(yōu)化節(jié)點
    4.2 拓撲優(yōu)化節(jié)點與工程中常用節(jié)點力學性能比較
        4.2.1 拓撲優(yōu)化節(jié)點與焊接空心球節(jié)點的比較
        4.2.2 拓撲優(yōu)化節(jié)點與樹狀節(jié)點的比較
        4.2.3 數(shù)據(jù)總結
    4.3 基于拓撲優(yōu)化節(jié)點的新型節(jié)點
    4.4 拓撲優(yōu)化設計在工程實踐應用中的算例分析
        4.4.1 半球狀鑄鋼連接節(jié)點
        4.4.2 樹枝狀鑄鋼連接節(jié)點
    4.5 本章小結
第五章 鑄鋼分叉節(jié)點的3D打印制造
    5.1 3D打印的技術分類及設備
        5.1.1 高分子材料3D打印技術
        5.1.2 金屬3D打印技術
    5.2 3D打印制造流程
    5.3 3D打印參數(shù)
        5.3.1 分層厚度
        5.3.2 邊緣厚度
        5.3.3 填充密度
        5.3.4 打印溫度
        5.3.5 打印速度
        5.3.6 支撐方式
        5.3.7 后處理工藝
    5.4 新型快速鑄造方式的探索
    5.5 打印結果與討論
    5.6 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士學位期間取得成果情況


【參考文獻】：
期刊論文
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[4]軸力作用下鑄鋼三分叉節(jié)點承載力與實用計算公式研究[J]. 杜文風,孫云,劉琦,高博青,董石麟.  空間結構. 2017(02)
[5]樹狀結構二分叉鑄鋼節(jié)點抗彎極限承載力的幾何影響因素及計算方法研究[J]. 吳衛(wèi)華,董正方,杜文風.  鋼結構. 2016(08)
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[8]3D打印技術研究現(xiàn)狀和關鍵技術[J]. 張學軍,唐思熠,肇恒躍,郭紹慶,李能,孫兵兵,陳冰清.  材料工程. 2016(02)
[9]3D打印技術的工業(yè)應用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展[J]. 史玉升.  機械設計與制造工程. 2016(02)
[10]樹狀結構空間四分叉鑄鋼節(jié)點抗彎極限承載力分析[J]. 吳衛(wèi)華,董正方,杜文風.  河南大學學報(自然科學版). 2015(04)

博士論文
[1]連續(xù)體結構拓撲優(yōu)化理論與應用研究[D]. 左孔天.華中科技大學 2004

碩士論文
[1]面向增材制造的空間結構節(jié)點拓撲優(yōu)化設計[D]. 陳敏超.浙江大學 2018
[2]樹狀結構鑄鋼分叉節(jié)點理論研究[D]. 孫志飛.河南大學 2014
[3]基于變密度法的連續(xù)體拓撲優(yōu)化設計[D]. 湯穎穎.長安大學 2008
[4]南通市體育會展中心分叉柱底鑄鋼節(jié)點應力集中及承載力問題的分析研究[D]. 徐劍鋒.東南大學 2005
[5]鑄鋼節(jié)點的理論分析與試驗研究[D]. 林彥.天津大學 2004



本文編號：3641578