木質結構的案例
【CAE案例】結構仿真對層壓木質結構的地震響應進行自動化非線性建模中的應用
01 研究背景
本次研究對象木質結構，這種傳統材料其實有著顯著的各向異性。使用木頭制作的交叉層壓板（圖2），即CLT板同樣具有各向異性。CLT板材在兩個主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩定性，在墻面和地板的建造中都有使用。
圖1 木材的各向異性
圖2 CLT板的結構
木質結構在地震的整體表現主要由接觸和離散的連接結構決定。連接結構對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應，并且板與板之間的接觸是單邊的。
圖3 地震對結構的作用方式
02 自動化建模方法
藍色：墻面
黃色：墻間接觸面
綠色：墻地板接觸面
暗紅：地板面
鮮紅：角支架（只有抗剪剛度的K_T_D_L 彈簧）
黑色：WC/WFC/FC（有抗剪剛度和軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
紫色：拉力構件（只有軸向剛度的K_T_D_L 彈簧）
圖5 拉力構件的力學響應
圖6 網格
模型一共有449個面（61個CLT板），204個有接觸和摩擦的邊緣，1543個離散元件代表9種連接構件，211個板件連接。所有的組和連接區域都是自動生成的。
03 計算結果
線性模型
無摩擦接觸
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
非線性模型
有接觸摩擦，μ=0.2
低加速度時的兩種建模的差別
（左）直接連接，（右）有接觸和摩擦
（左）時變場驗證，（右） 累計場驗證
04 結論與展望
檢驗的應力場包括：
1. 板子的軸向（壓或拉）力與扭矩結合產生的板在縱向的應力；
2. 垂直于板的剪切力產生的縱向剪切應力；
3.
展開 EDF開源CAE | Code_Aster 對層壓木質結構的地震響應進行自動化非線性建模中的應用
01
研究背景
本次研究對象木質結構，這種傳統材料其實有著顯著的各向異性。使用木頭制作的交叉層壓板（圖2），即CLT板同樣具有各向異性。CLT板材在兩個主方向上有不同的抗彎剛度和平面穩定性，在墻面和地板的建造中都有使用。
圖1 木材的各向異性
圖2 CLT板的結構
木質結構在地震的整體表現主要由接觸和離散的連接結構決定。連接結構對壓縮沒有反力，但對拉力或剪力有尖銳的響應，并且板與板之間的接觸是單邊的。
《ACS Nano》木質纖維素基輕質高強結構材料
可再生、可降解、碳中性、低成本、來源豐富的天然木質纖維素由于其可與傳統增強纖維相媲美的高比強度而一直備受建筑和家具行業的青睞。近日，浙江農林大學金春德和孫慶豐研究小組通過將脫除部分木質素和半纖維素的填木質纖維素與磷酸氫鈣通過機械熱磨法復合，在經過真空水流定向組裝和熱壓，獲得了層狀結構密實化的納米木質纖維素/磷酸氫鈣復合材料。木質纖維素表面豐富的羧基和羥基與磷酸氫鈣上的鈣離子和四面體PO4通過離子鍵和氫鍵結合（Velcro效應），有較強的相互作用力。通過對其斷裂機理和理論仿真模型的分析，層狀結構在斷裂的過程中發生裂紋偏轉，裂紋分支和裂紋橋接，避免了應力集中，對于復合材料的力學性能有較強的提升。同時層層密實化的纖維相對滑動所需要的摩擦力進一步阻礙了其斷裂。制備的納米木質纖維素/磷酸氫鈣復合材料的力學性能高于大部分的木質纖維基復合材料，其比強度甚至能夠比肩于一些金屬和合金。
該論文第一作者為浙江農林大學碩士研究生陳逸鵬，他和研究小組認為該研究實現了從木質纖維素到磷酸氫鈣的有效應變傳遞，解析了天然有機分子和無機質2種異質材料間力學的相互作用機制，該研究將為制備更高力學強度的木質纖維素基輕質高強結構材提供新的研究策略。
研究報告發表于《ACS Nano》雜志。
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b06409
展開 Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
（a）木質結構圖，綠色正方形突出顯示了感興趣的區域。（b–d）Ag-TW和（e–g）Au-TW截面的ADF-STEM橫截面顯微照片。標記了細胞壁（CW），細胞壁角（CC），中間層（ML）和內腔（L）。彩色正方形表示放大的區域。流明是纖維狀木質細胞中心的空白區域。
圖
4.
相應基板中（a）銀和（d）金的截面EDS圖。（b，c）銀和（e，f）含金底物的徑向表面的SEM顯微照片（白色箭頭表示纖維方向），放大倍數更高時，纖維細胞壁的內部朝向``空''腔空間 。
圖
5.
（a）拉曼（歸一化為在1333 cm
-1
處的CH
2
振動）和（b）納米顆粒合成之前和之后的底物的XRD光譜。（c）木聚糖（常見的半纖維素）的示意圖，突出顯示了糖苷和醚鍵及其各自的拉曼活性波數。（d）擬議機理的示意圖：氧化還原反應包括氧化多糖C1碳并還原金屬離子，然后切割糖苷鍵并水合成羧酸酯基團。
通過低溫工藝在木材基材中原位合成了等離子的銀和金納米粒子，以生產具有承重功能的結構著色的透明木材（
TW）。TW中的強化木質基材在結構著色的TW的加工過程中帶來了其他功能。它用作綠色還原劑和預先設計的腳手架，可確保通過底物附著來分配分散良好的納米顆粒。納米級顆粒的分布受基材形態的控制，因為納米顆粒是在木材細胞壁上和內部形成的，從而有效地形成了納米顆粒的各向異性木質結構。與光相互作用的PNP能夠增強與結構有關的光學性能，例如TW的偏振效應。硫醇-烯聚合物基質不僅提供透光性并改善了機械性能，而且還有助于PNP的
特定的硫醇
-烯相關的化學穩定性。我們的研究表明，如何通過簡便的方法生產出結構彩色的TW，并顯示出制造基于木材的各向異性等離激元納米復合材料的潛力，該木材可用于承載光學元件。
展開 
Mater.》透明木材納米復合材料的便捷加工，具有結構顏色的等離子納米顆粒
（a）木質結構圖，綠色正方形突出顯示了感興趣的區域。（b–d）Ag-TW和（e–g）Au-TW截面的ADF-STEM橫截面顯微照片。標記了細胞壁（CW），細胞壁角（CC），中間層（ML）和內腔（L）。彩色正方形表示放大的區域。流明是纖維狀木質細胞中心的空白區域。
圖
4.
相應基板中（a）銀和（d）金的截面EDS圖。（b，c）銀和（e，f）含金底物的徑向表面的SEM顯微照片（白色箭頭表示纖維方向），放大倍數更高時，纖維細胞壁的內部朝向``空''腔空間 。
圖
5.
（a）拉曼（歸一化為在1333 cm
-1
處的CH
2
振動）和（b）納米顆粒合成之前和之后的底物的XRD光譜。（c）木聚糖（常見的半纖維素）的示意圖，突出顯示了糖苷和醚鍵及其各自的拉曼活性波數。（d）擬議機理的示意圖：氧化還原反應包括氧化多糖C1碳并還原金屬離子，然后切割糖苷鍵并水合成羧酸酯基團。
通過低溫工藝在木材基材中原位合成了等離子的銀和金納米粒子，以生產具有承重功能的結構著色的透明木材（
TW）。TW中的強化木質基材在結構著色的TW的加工過程中帶來了其他功能。它用作綠色還原劑和預先設計的腳手架，可確保通過底物附著來分配分散良好的納米顆粒。納米級顆粒的分布受基材形態的控制，因為納米顆粒是在木材細胞壁上和內部形成的，從而有效地形成了納米顆粒的各向異性木質結構。與光相互作用的PNP能夠增強與結構有關的光學性能，例如TW的偏振效應。硫醇-烯聚合物基質不僅提供透光性并改善了機械性能，而且還有助于PNP的
特定的硫醇
-烯相關的化學穩定性。我們的研究表明，如何通過簡便的方法生產出結構彩色的TW，并顯示出制造基于木材的各向異性等離激元納米復合材料的潛力，該木材可用于承載光學元件。
展開 電氣仿真工程師關于巴黎圣母院火災原因的仿真分析
通過以上分析可以初步得知，巴黎圣母院的木質結構導致其易燃性，另外鋪在地上的導線發生短路或超負荷運行或者線路老化導致線路的有效載流面積減小從而發熱嚴重，引發導線燃燒，再引起周圍木質結構等易燃品的燃燒，最終導致了悲劇的發生。
作者：范文哲（fwz0703@163.com，公眾號：CAE_ANSYS）
古代匠人的高超智慧，不用一顆螺絲釘的木結構！
它是古代木匠必須具備的基本技能，工匠手藝的高低，通過榫卯的結構就能清楚的反映出來。
下面展示古代榫卯結構當中最主要、實用、經典的款式結構，一定會讓你受益匪淺的。
隨著現代社會的發展，木質結構的靈魂榫卯早已被人們所淡忘，取而代之的是工業生產階段中的釘子和膠水。我們希望通過榫卯，能使大家拾起已被遺忘的靈魂，一起感受中國傳承了幾千年的傳統文化和匠人之心。
德國人蓋房子與我國農村的差別，人家跟玩俄羅斯方塊似的
5.建筑主體是木質材料。
6.事先在工廠預制完成后，將房屋的骨架拉到現場，直接進行組裝與固定。
7.工人砌墻的時候，就像搭積木一樣。
8.墻體的構造也非常講究，需要遵循一定的原則。從外向內依次為：紅磚維護體系+防水層+保溫層+結構板材OSB+內墻石膏板+裝飾性材料。
9.屋面部分采用琉璃瓦，環保、耐用，而且長時間經得起風吹日曬。
10.從下往上看的視角，感覺安全又厚實。
11.工人帶著各種材料與工具，站在屋頂上施工。
12.地下室的設備一覽。
13.雖然布滿了各種儀器和管道，看起來亂糟糟的，但是這才是滿足住宅中正常生活需求的有力加持啊！
14.新風系統結構圖。
15.獨特的新風系統，不僅具有基礎的換氣功能，還能讓空氣在熱量的交換過程中進行有序流通，讓室內保持冬暖夏涼的特點。
16.不可或缺的弱電系統。
17.不同顏色的電線井井有條地排布開來，再次證明了德國人是個“細節控”。
18.窗戶同樣采用了木質結構。
19.玻璃是三層兩中空的，既保證了采光，又具有保溫性能，讓房子的主人即使在冬天也不會感覺寒冷。
20.功能強大的太陽能系統。
21.大部分電池板來源于中國制造，有效滿足了屋主用水、用電的需求。
22.住宅底部自帶化糞池，真正體現了節能環保的概念。
23.解決排水問題的同時，又對沼氣加以利用，使之成為能源寶庫。
建成后
24、不知道兼具實力與顏值的德國住宅，有沒有驚艷到你呢？
展開 世界艦載機傳奇——沃特VE-7SF“藍鳥”艦載戰斗機
這一階段的艦載機歷經了從木制結構、半硬殼結構雙翼機到全金屬單翼機的過度。早期的艦載機多安裝一臺400-500馬力的活塞式發動機作為動力，機身采用木質結構、機翼為上下雙翼，蒙皮為金屬或者帆布。這時候的飛機十分簡陋，一方面缺乏空氣動力學方面的積累，另一方面在結構上還在使用鋼管焊接或鉚接的結構，甚至木質框架結構，飛行員通常是敞露在外面。這一時期的飛機最大速度多在300-400千米/小時左右，重量約1-2噸，典型的如美國FB系列戰斗機、英國的“海上斗士”、日本的三式戰斗機等。這些飛機飛行相對笨拙，飛行速度、加速、爬升率都比較低，飛機機身的強度也比較有限。飛機基本沒有什么航電設備，采用一到數挺機作為主要武器。雖然此時的飛機負載能力均比較有限，但炸彈和也開始成為重要的機載武器。此時的航空母艦在很大程度上擔負著對海作戰的任務，在水平轟炸瞄準技術尚不成熟的年代，俯沖轟炸機和攻擊機則成為航空母艦上的主要攻擊力量。
然而這一時期也是航空技術快速發展的時期。隨著對更高、更快的飛行性能的追求，無論是發動機還是飛機結構、空氣動力等技術都在突飛猛進。可收放起落架技術因為能夠帶來更小的飛行阻力而受到青睞，鋁合金也開始更多地出現在飛機上。這都導致了這一時期的飛機很少有大量裝備并服役多年的情況出現。
到了第二次世界大戰前，艦載機的發動機功率已經接近1000馬力、一些艦載轟炸機的正常起飛重量達到4噸左右，如美國的TBD艦載轟炸機、日本的九七式艦載攻擊機等。此時雙翼機正逐漸被全金屬結構的單翼機所取代，艦載機在技術上和戰術上都趨于成熟，海軍航空兵正以一個嶄新的姿態，準備迎接新一場世界大戰的到來。
沃特VE-7SF艦載戰斗機
沃特VE-7“藍鳥”是一種雙座，牽引式雙翼高級教練機。為了滿足美國陸軍高級教練機的要求，沃特研制的VE-7于1917年首飛，首機在1918年2月11日交付。
展開 世界海洋工程發展史簡介
1、萌芽期
海洋工程發展的初始階段，主要采用土木工程技術建造木結構平臺和人工島，只能在近岸的海邊和內湖開發石油資源，作業水深低于10米。
1887年，美國在加利福尼亞海岸，為開發由陸地延伸至海里的Summerland油田，美國人威廉姆斯從防波堤向海里搭建了一座762米長的木質棧橋，把鉆機放在上面打井，在數米深的海域鉆探了世界上第一口海上探井，拉開了海洋石油勘探的序幕。由于棧橋與陸地相連，物資供應就方便多了。另外，鉆機在棧橋上可以隨意浮動，從而在一個棧橋上可以打許多口井。
1897年，美國最先在加利福尼亞州西海岸用木棧橋打出第一口海上油井；
1920年，委內瑞拉在馬拉開波湖發現油田。在3.5-4.3米水深中，建造了木質結構石油鉆井平臺，被認為是世界上第一座固定式海洋平臺。
1936年美國為了開發墨西哥灣陸上油田的延續部分，鉆成海上油井并建造了木制結構鉆井平臺。平臺的甲板尺寸為100X300英尺，工作水深15英尺。1938年成功地開發了世界上第一個海洋油田。
1945年8月，馬格諾利亞（Magrlolia）石油公司在路易斯安那州用338根木樁和52根工字鋼建造了一座固定式鉆井平臺，從此，鋼材開始取代木材用來建造鉆井平臺。
2、發展期
海洋工業的誕生通常被認為是1947年。在這一年，Kerr-McGee公司（科麥吉石油工業公司）在墨西哥灣安裝了世界上第一個鋼結構的海洋平臺，鉆出了世界上第一口海上商業性的油井，揭開了海底石油勘探與開采的新紀元。此井位于離路易斯安那海岸8KM、4.6米的水中。鉆井塔架和絞車支持在長21.6米、寬11.6米的木質甲板平臺上，平臺建在16根打入海底31.7米的21in的樁柱上。
1954年，美國聯邦政府頒發了第一部允許開發墨西哥海灣許可法，并提出新海洋平臺理念，如簡易自升式平臺。第1艘自升式鉆井平臺于1954年4月投入使用。
展開 【5/19更新】直升機槳葉是用什么材料做的嗎？
這個階段的直升機槳葉具有以下特點：采用木質或鋼木混合結構的旋翼槳葉，成本低、較為輕巧，壽命短，約為600飛行小時。
20世紀50年代中期至60年代末，是實用型直升機發展的第二階段。這個階段的典型機種有：S-61、米-6、米-8等。
旋翼槳葉由木質和鋼木混合結構發展成全金屬槳葉，這個階段的直升機槳葉具有精度高、堅固耐用的特點，壽命達到1200飛行小時。
20世紀70年代至80年代，是直升機發展的第三階段，典型機種有：S-76、卡-50等。
旋翼槳葉開始采用復合材料，其壽命比金屬槳葉有大幅度提高，可達到3600小時左右。
相比其他材質，復合材料做槳葉有幾個天然的優勢：
1、復合材料的疲勞性能要遠高于金屬材料
2、復合材料的設計性很高
3、復合材料不會被腐蝕
4、復合材料更輕巧
如今，各國競相研制專用武裝直升機，促進了直升機技術的發展。2012年11月12日，我國擁有完全自主知識產權的第一架國產武裝直升機——直10正式亮相。
包括槳葉在內的復合材料獲得了前所未有的廣泛應用，槳葉壽命達到6000飛行小時。
目前，我國的航空工業發展水平已躋身世界前列。相信大家現在都知道了直升機槳葉有哪些制造材料。
展開 
這些樹屋，滿足你對森林的所有幻想
▼
結構示意圖
正方是有朝向性的但是圓形沒有，正方形的中心空間與場地南北的朝向有關，而援助的部分則更好的融入了自然環境。每個圓的中心布置了柱網和環形結構來支撐上方的梁和空間。梁柱之間采用了樹枝狀的支撐結構。每個環形結構相互外切，創造了方形主空間外的半圓形輔助結構。
▼
住宅入口
▼
下層起居空間
▼
起居室的景色
▼
兩層通高的房間
建筑坐落在森林中的一處空地中，一層是起居空間，二層是臥室，頂層還配有一個觀景露臺。工作室位于建筑物下方地面的位置。空間中央有一個天井，餐廳和樓梯同樣布置在這個位置。臥室層有一個洗手間，頂樓的露臺具有一體化設計的座椅。純粹的幾何形態連接了空間結構。建筑是懸掛式的木質結構，入口處配有鋼制舷梯，輕盈的落在地面上。
▼
臥室
▼
浴室
▼
屋頂露臺
▼
旋轉樓梯
▼
內部細節結構
▼
支撐結構
▼
夜景
2
自由家營地樹屋世界
一期開放的住宿產品由樹屋世界的15套樹屋和營地博覽園內的25套特色度假屋組成。樹屋世界的樹屋，由德國樹屋大師及國內新銳設計師傾心設計，造型與格局各不相同。
▼
自由家營地入口鳥瞰圖
目前開放的樹屋有15套，每一套都有獨特的造型和名字。樹屋們的名字都取得恰巧得當，外形方中帶圓的“漢堡”；掛滿浪漫白紗的“繡樓”；一片片木頭拼接而成的“積木”；螺旋向下排列的“旋梯”，等等各不相同。
▼
積木樹屋
積木樹屋由全實木和玻璃打造，它的垂直體量很大，有兩個臥室，玻璃的交錯和室內裝飾的趣味性很受孩子們的歡迎，白天看林景晚上看星星都沒問題。
展開 中國建筑四大類別你都知道嗎？
是世界上現存規模最大、保存最為完整的木質結構古建筑之一。
故宮嚴格地按《周禮·考工記》中“前朝后市，左祖右社”的帝都營建原則建造。整個故宮，在建筑布置上，用形體變化、高低起伏的手法，組合成一個整體。在功能上符合封建社會的等級制度。同時達到左右均衡和形體變化的藝術效果。
2、布達拉宮
布達拉宮，坐落于于中國西藏自治區的首府拉薩市區西北瑪布日山上，是世界上海拔最高，集宮殿、城堡和寺院于一體的宏偉建筑，也是西藏最龐大、最完整的古代宮堡建筑群。
布達拉宮依山壘砌，群樓重疊，殿宇嵯峨，氣勢雄偉，是藏式古建筑的杰出代表(據說源于桑珠孜宗堡)，主體建筑分為白宮和紅宮兩部分。宮殿高200余米，外觀13層，內為9層。布達拉宮前辟有布達拉宮廣場，是世界上海拔最高的城市廣場。
3、沈陽故宮
沈陽故宮是中國僅存的兩大宮殿建筑群之一，又稱盛京皇宮，為清朝初期的皇宮，距今近400年歷史，始建于后金天命十年(1625年)。清朝入關前，其皇宮設在沈陽，“留都宮殿”。后來就稱之為沈陽故宮。整個建筑設計和布局，反映了皇帝的所謂“尊嚴”和嚴格的封建等級制度。
4、臺北故宮
臺北故宮博物院座落于臺北市士林區至善路二段221號，建造于1962年1965年夏落成。占地總面積約16公頃。為仿造中國傳統宮殿式建筑，主體建筑共4層，白墻綠瓦，正院呈梅花形。院前廣場聳立五間六柱沖天式牌坊，整座建筑莊重典雅，富有民族特色。
5、天后宮
南沙天后宮，前身是明代南沙鹿頸村天妃廟，經重修定名為“元君古廟”。天后宮緊臨珠江出海口伶仃洋，坐落于大角山東南麓，在天后廣場正中就是石雕天后圣像(高達 14.5米)，是為紀念海上女神林默而建，其規模是現今世界同類建筑之最，被譽為“天下天后第一宮”，也是東南亞最大的媽祖廟。
展開 ANSYS Workbench卯榫仿真分析 ￥29.9
，通過在兩個木質部件上創造相互吻合的凹凸形狀來實現結合。
木質框架模型雙向地震仿真分析
木質框架模型雙向地震仿真分析
一、模型設計
根據結構在地震作用下要求強柱弱梁，且具有較強的耗能能力等原則，此框架結構采用4根較大截面L型柱作為主要豎向構件，底層退縮部分框架柱采用較小截面木條，梁為較小截面的矩形木條。模型高度700mm，1層凈高15cm，其余層高均為11cm，共六層，高寬比4.67。模型4層及以上所有樓層進行縮進，即模型4樓及以上所有樓層地板面積為3樓地板面積的75%。為提高結構在動荷載作用下的耗能能力及穩定性，在結構3、5層設摩擦阻尼器F，如圖6(a)所示，2、4、6層設交叉棉繩拉索CP,如圖9所示。因為題目對房屋門窗等開口空間求，無法實現阻尼器和拉索的對稱布置。圖3為1~2層框架柱截面尺寸及平面布置圖，3層及以上樓層僅有L型截面柱四根。框架梁全部采用5.5mm×4mm的矩形截面。
二、模型制作
模型4根L型框架柱采用長度為700mm的5根矩形截面木條拼接而成，中間用熱熔膠進行可靠粘結，之后將矩形梁以首層至頂層的順序依次用熱熔膠粘結至L型柱相應位置，將結構粘結成一個整體，并保證梁柱的垂直狀態。摩擦阻尼器兩端用熱熔膠固定在上下樓層的兩個梁柱節點處。交叉棉繩采用鎖扣的方式在梁柱節點處進行固定，并用熱熔膠進行粘結，以保證節點的強度，提高模型整體的穩定性。最后將模型柱腳用熱熔膠與底板進行可靠粘結，保證加載過程中的可靠性。
三、材料及阻尼器參數
應用LDS-5 電子拉力試驗機對模型制作所用的材料及摩擦阻尼器進行了試驗分析[10]。模型框架所用材料為中密度纖維板，圖4為中密度纖維板應力應變曲線，計算時采用簡化理想彈塑性模型，初始彈性模量取測量平均值1000MPa，屈服強度為8.5Mpa。棉繩受拉力學性能如圖5，試驗采用的棉繩長度與模型中相同。
展開 