支撐結構設計的案例
某型飛機支撐板優化設計
1.題目：某型飛機支撐板優化設計
概述：對飛機支撐板優化設計，根據零件結構載荷工況，結合主流設計方法對支撐板結構設計，最終實現結構減重。
2.課題要求:以某型飛機支撐板優化設計為應用背景，根據零件結構和典型載荷工況，對結構進行減重。
3. 設計要求
應力要求：要求最大應力不超過450MPa。
位移要求：要求最大位移不超過3mm。
4.根據優化結果設計模型
5.結構校核
根據標準《飛機設計手冊》要求，安全系數大于1.15，鋁合金材料許用值為450Mpa。在航空方面一般常用MS（裕度）值是否大于0來評判結構的是否合理。通過對結構分析，確定結構強度滿足設計要求。
6.結果對比：最終結構減重33%，強度滿足設計要求。
總結：inspire與傳統有限元工具相比在概念設計，方案設計階段可以大幅提升工作效率，特別是在模型加載，約束，工況設置方面，相較于傳統軟件有無可比擬的優勢，如果能夠在更多工程領域有成熟的應用，能夠輔助設計師高效完成設計任務。
展開 HyperWorks在船舶甲板支撐結構設計中的應用
摘要：文章應用HyperWorks軟件評估了液壓折臂吊下甲板支撐構件的強度，并進一步應用OptiStruct模塊對液壓折臂吊下的船舶甲板支撐結構進行了尺寸優化設計。優化過程中將甲板支撐構件尺寸參數作為變量，將中國船級社規范中規定的許用應力指標作為約束，將支撐結構總質量最小作為優化目標，最終得到了滿足規范要求的甲板支撐構件最優尺寸。
關鍵詞：船舶結構，尺寸優化，HyperWorks
1 引言
近年來，民船大型化，功能多樣化已成為一種趨勢。在船舶設計過程中，船體局部結構有限元強度計算任務較以往有所增加。設計部門需對船級社規范指定的結構，進行有限元強度計算，確保該結構應力符合規范要求，并編制好計算報告書送船級社審核。
在規范指定進行有限元強度校核的構件中，甲板設備支撐結構占了很大比重。其中，典型的甲板設備主要有錨機、起重機、吊桿、起重柱、系纜樁、導纜器和應急拖帶裝置等。按規范要求液壓折臂吊屬起重機吊桿一類，需進行支撐結構強度校核。本文以液壓折臂吊為例，說明HyperWorks在船舶結構強度計算中的具體應用。
通常，在進行強度校核計算前，甲板支撐結構的構件尺寸已初步確定。構件尺寸的初始值是根據整條船的結構規范計算書得來的，這些尺寸主要是基于船舶種類、主尺度、骨架形式等全船性的參數根據規范計算出來的，沒有考慮其上布置甲板設備帶來的載荷。在以往的計算中，通常先校核構件初始尺寸的強度，如不滿足規范滿求，則逐步增大構件尺寸，直至滿足規范要求。本文使用HyperWorks軟件的優化功能，完成船舶甲板結構支撐構件的尺寸優化設計。該方法相對以往方法更加方便，在很大程度上提高了工作效率，通過將質量最小作為優化目標，得到的構件尺寸也更加合理。
展開 蘋果新專利流出：新玻璃支撐結構可使 iPhone 屏幕更薄、更堅固
隨著設備設計的不斷發展，手機的前部面板更多地依賴弧形玻璃。雖然完全平坦的玻璃板可以在做的薄的同時又保持堅固，但弧形玻璃面板卻沒有這些優勢，為了保持必需的堅固程度，弧形玻璃在關鍵部位（如側面）的厚度很難減下來。
據外媒 AppleInsider 消息，近日蘋果公司的一份名為“便攜式電子設備的插入型玻璃構件”的新專利流出，該專利中描述了一種在屏幕邊緣使用的由玻璃構成的特殊支撐結構，可以使 iPhone 和 iPad 的屏幕更薄，同時更堅固。
在這項專利中，蘋果公司表示，在玻璃蓋板的邊緣新加入一個玻璃支撐結構，這個支撐結構部分充當了主機身和薄玻璃蓋板之間的中介，同時將粘合劑涂在玻璃蓋板外邊緣的一個“嘴唇”形狀的開口部分上，可以保持整個屏幕的主要玻璃部分的薄度。
實際上，蘋果公司描述的新玻璃支撐結構正是整個設計的核心部分，可以使手機設備的玻璃蓋板成功達到所需的強度和厚度。同時，玻璃蓋板可以由不同的玻璃材料制成，具有不同的特性，以最大限度地提高強度。
展開 支撐座結構有限元分析案例 ￥20
通過上面圖4.5可知支座受到的最大應力值為97.39MPa，位置位于支座的低板與筋板交接處，小于 Q235B的許用應力113 MPa，因此滿足設計要求。
安全輪胎內支撐三維結構拓撲優化
內支撐式安全輪胎（Inserts Supporting Run-Flat Tire）是一種具有代表性的用于越野車輛的安全輪胎。在正常行駛狀態下，輪胎內部安裝的支撐體不參與車輪的受力；當輪胎被刺破泄氣時，輪胎靠環形支撐體結構實現車輪的各項功能，保證車輛能繼續行駛一定的距離。但是，大多數內支撐式安全輪胎的支撐體采用金屬、橡膠等材質，質量較重，剛度較大，零壓滾動時車輛的機動性和操縱穩定性受到較大影響，此外支撐體和輪胎之間的摩擦生熱問題十分嚴重，不適合大負荷、長距離的行駛，且支撐體結構與輪輞之間的裝配工藝相對復雜，維護比較困難。
圖1 內支撐式安全輪胎受垂直力示意圖
為了降低內支撐式安全輪胎的轉動慣量，一方面需要選用輕量化的材料，另一方面是要對其進行結構優化設計，提高輕量化效果的同時，優化其散熱性能及摩擦問題也至關重要。下面根據安全輪胎內支撐工況進行內支撐拓撲優化模型的創建。
1）將內支撐部件劃分為設計區域和非設計區域，并劃分網格；
2）定義相關的屬性、邊界條件、載荷、優化參數、脫模方向和對稱性，對優化區域和非優化區域進行劃分后，對模型兩側施加對稱約束，下部是固定，上部施加壓力，壓力大小為30Mpa。優化目標為體積最小化，約束條件為等效應力小于100Mpa，將設計區域內每個單元的單元“密度”作為設計變量。優化設計的三要素在OptiStruct中通過不同類型的信息卡描述，結構響應（用于評測目標與約束）以及設計變量均采用Bulk Data類型的信息卡；
3） 在進行結構拓撲優化過程中，依然面臨數值不穩定現象，如棋盤格格式和網格依賴性等問題。
展開 機器人支撐座結構性能知多少？
支撐座與地面的連接方式，地面的硬度，是否有水泥基礎和埋地螺栓等，都會影響支撐座的結構尺寸和結構形式。此外，產造型、產品通用性、產品的生產批量、加工工藝，機器人系統的剛度需求，物料輸送需求，生產運營消耗材料庫存因素等也會影響支撐座的具體結構。
總結
本文以等同材質、等高度、等橫截面面積的圓管形支撐座和方管形支撐座為研究對象，對比了圓環形橫截面與方“回”形橫截面抗彎截面模量的大小，指出了機器人支撐座在各向力矩相同的工況下，以結構強度為主影響因素，忽略其它影響因素的前提下，采用圓管形結構比采用方管形結構更經濟、更安全。
參考文獻
[1]封恒林.《材料力學》(M)，北京：機械工業出版社，1994.4。
[2]聞邦椿，《機械設計手冊》(M)，北京：機械工業出版社，第一卷，1-110。
來源：國際工業自動化網
展開 晶格結構3D打印背包腰部支撐，實現無汗徒步旅行
導讀：利用3D打印技術可以輕而易舉的制造出晶格結構，為很多新產品的開發帶來了新的手段，比如之前介紹的3D打印運動鞋中底、頭盔內襯、自行車座椅等等。本文我們將來介紹一下3D打印晶格結構在背包中的應用。
3D打印腰部支撐
Osprey是一個背包品牌，以高品質、可長期使用而受到旅行者的喜愛，并且還具有很多方便的附加功能。目前，3D打印技術已經被Osprey應用到背包中，來制造一些創新的部件。
兩年來，Osprey的創始人Mike Pfotenhauer一直致力于UNLTD系列背包的開發。這些背包采用最先進的材料和工藝，代表了背包創新的極限。這些背包的一個特點是使用了3D打印腰部配件，可以為背包者提供腰部支撐。據悉，腰部配件采用Carbon的數字光合成（DLS）技術3D打印，提供了防滑抓地力、緩沖支撐以及更好的通風。此外，在生產中使用了更少的材料，減少了浪費。
△Osprey的3D打印背包配件，采用晶格結構
Osprey 營銷副總裁Rob BonDurant表示："Osprey UNLTD系列背包是創新方法的體現，在開發產品的過程中，我們超越了傳統的制造技術，開創了背包設計和終極背包體驗的新時代。"
△Osprey的3D打印背包配件
UNLTD背包使用超高分子量的聚乙烯材料，這個系列總共將有四款背包，其中兩個為男性設計，兩個為女性設計。通過使用3D打印技術制造的腰部支撐，可以使用紋理來防滑，同時也可以為不同的動作和支撐水平做出不同區域的形狀。重量和通風方面的優勢對用戶來說也是有價值的。這是一個真正展示了3D打印能力的項目。
通過改善背包設計，實現無汗徒步旅行
在另一個案例中，德國領先的3D打印聚合物專家裕克施樂接受了開發新一代背包的挑戰，以增強徒步旅行者的體驗。
展開 基坑工程內支撐系統的設計計算
一、 內支撐體系的構成
基本構件：支護樁（墻）、圍檁、水平支撐、鋼立柱、立柱樁。
二、支撐系統的設計
支撐系統的設計應包含以下內容：
支撐的結構型式(支撐材料的選擇) ；支撐結構體系的布置 ；水平支撐的豎向設置 ；斜撐體系的豎向布置 ；支撐節點的構造 ；水平支撐體系的設計計算 ；豎向支撐體系的設計計算；坑內被動區加固設計計算 ；換撐設計；
1、支撐的結構型式(支撐材料的選擇)
1）支撐結構可采用鋼支撐；
優點：自重輕、安裝和拆除方便、施工速度快、可以重復利用（環保、綠色）。且安裝后能立即發揮支撐作用，減少由于時間效應而增加的基坑位移是十分有效的。
缺點：節點構造和安裝相對比較復雜，施工質量和水平要求較高。適用于對撐、角撐等平面形狀簡單的基坑。
2）支撐結構可采用鋼筋混凝土支撐；
優點：剛度大，整體性好，布置靈活，適應于不同形狀的基坑，而且不會因節點松動而引起基坑位移，施工質量容易得到保證。
缺點：現場制作和養護時間較長，拆除工程量大，支撐材料不能重復利用。
展開 裙座支撐-小型高壓球罐（10m3）有限元分析設計工程案例
球罐用材的化學成份與材料屬性，如下表2~5所示：
表2 07MnNiMoVDR鋼板化學成分（熔煉分析）的技術要求(%)
表3 10Ni3MoVD鋼鍛件化學成分（熔煉分析）的技術要求(%)
表4 球罐設計應力強度
表5 球罐材料屬性
球罐
結構
描述
及示意
該球罐結構，主要包括球殼板與以下的七個管口，支撐型式為裙座。裙座上兩側分別設有方形人孔(450×450)，供設備安裝檢修用。為保證設備安全性，球殼開孔采用整體雙錐段鍛件補強，接管鍛件與球殼板的連接采用對接形式，以滿足100%射線檢測要求。球殼板扣除了材料的腐蝕裕量與成形減薄量，計算厚度取29.5mm。球罐主要的結構與尺寸，如下圖1所示：
圖1 該球罐結構簡圖
圖2 接管結構示意圖
球罐
有限元模型
為保證球罐受力結構的完整性，本分析從整體角度出發，應用大型有限元通用軟件ANSYS軟件，采用SOLID95實體單元，建立有限元三維立體全模型。SOLID95是20節點高階單元，每個節點有3個平動自由度(X,Y,Z方向)，能夠容許一定的不規則形狀，且更好的保證計算精度，對偏移形狀保持良好的兼容性，適合模擬帶曲線邊界的模型。
展開 塔吊支撐系統設計計算以及塔吊抗風研究
</p><p>[2]韓龍,田穩苓,姚雄,等.施工荷載對高層鋼板剪力墻結構影響分析[J].工業建筑, 2016, 46(1):7.DOI:10.13204/j.gyjz201601027.</p><p>[3]季節.附著式塔吊起吊引起高層剪力墻結構動力響應研究[D].武漢理工大學[2025-01-09].</p><p><br></p><p> 參考文獻</p><p>[1]潘寒,劉飛,周錦昌,等.外掛塔吊支撐系統設計的簡化算法研究[J].建筑施工, 2017, 39(12):4.DOI:CNKI:SUN:JZSG.0.2017-12-038.</p><p>[2]唐云峰.外掛動臂塔吊附著結構加固方案技術經濟分析[D].湖南大學.DOI:CNKI:CDMD:2.1018.100691.</p><p>[3]TASC 09-2020 塔式起重機附著安全技術規程.</p><p><br></p>
展開 鋼筋混凝土板樁支撐或錨碇設計
板樁墻支護結構分類有懸臂式結構、內支撐式結構、錨桿式結構、錨碇式結構四種。
一、懸臂式結構
懸臂式板樁結構亦稱自立式板樁結構，或稱無拉結無支撐板樁結構,由于在開挖過程中不需要采取任何拉錨或支撐的設置，對于開挖淺基坑或水工基坑易被采用，如圖 15-7 懸臂式板樁結構圖所示。但由于自立式板樁墻對于高度、載荷、土質、地下水位的變化特別敏感，與錨碇式或支撐式情況相比易于產生較大的側向變形，除非對側向變形無嚴格要求，否則不宜采用。另一方面其擋土高度亦有所限制，一般在軟土地區不宜超過 3m。其插入深度按抗傾覆計算，要保證其抗傾覆安全系數不小于 2，由此算得的插入深度尚須增加 15％。由于計算插入深度要比錨碇式、支撐式深得多，且要驗算截面抗彎能力，技術經濟上不占優勢。
二、內支撐式結構
內側支撐板樁結構也可以說是一種最基本最原始的支護方式，采取邊撐邊挖法施工，板樁位移可以得到有效控制，內支撐一般采用 H 型鋼、各種鋼管或現澆鋼筋混凝土支撐，如圖15-8 內支撐板樁結構圖所示。鋼支撐可施加預應力，支撐時必須保持先撐后挖緊密配合，支撐的拆除也必須結合內部結構情況，及時換撐或回填，以盡量減少因拆除支撐而帶來的板樁的位移。
內支撐預加應力的一般方法，即在鋼管支撐或 H 型鋼支撐兩側對稱設液壓千斤頂，頂緊后其端部縫隙澆灌快硬混凝土，一天后，據試塊強度，拆除千斤頂。這項技術已在國內外多項大型工程中普遍采用，效果較好，可以保證支撐的頂緊與傳力的合理。
三、錨桿式結構
大型基坑采用內支撐方式，因內部支撐縱橫交叉，支柱林立，挖土機具難以直接下坑作業，挖土進度緩慢，有時難以滿足工期要求，尤其是邊長較大或形狀復雜的大面積基坑，內支撐布置也很困難，往往是成本高、工期長。采用斜地錨方式替代內部支撐可以解決上述難題，錨桿式板樁結構如圖 15-9 所示。
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吉利獲無人機專利授權，天線繞支撐結構轉動實現折疊與展開
6月2日訊，天眼查顯示，浙江吉利控股集團有限公司獲得“一種無人機天線折疊天線結構及應用其的無人機”專利授權，公告號CN213340682U，申請日期為2020年9月，授權日期為2021年6月1日，申請人為浙江吉利控股集團有限公司、四川傲勢科技有限公司。
專利信息顯示，本申請提供一種無人機天線折疊結構及應用其的無人機，包括：天線結構、支撐結構和彈性結構；支撐結構與無人機的機身連接，天線結構與支撐結構轉動連接；彈性結構的一端與支撐結構連接，彈性結構的另一端與天線結構連接；天線結構與無人機的機翼結構位于同側，且天線結構與機翼結構之間的距離不大于機翼結構的長度；
機翼結構向機身折疊時能夠向天線結構施加壓力，以使天線結構繞支撐結構轉動實現折疊；當施加在天線結構的壓力解除時，彈性結構能夠帶動天線結構繞支撐結構轉動實現展開。該無人機天線折疊結構在折疊時不需要額外的操作和設備，能夠有效節省時間和成本，且能夠降低無人機發射難度。
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守護能源互聯網，云圣智能旗艦級車載無人機+全自動機場系統
極飛的泡沫還能夠吹多久？下一個暴雷的會不會是極飛?
展開 Fraunhofer 無需支撐結構的光固化3D打印技術TwoCure 新進展
一種是工藝本身無需添加支撐，這一改進將節省打印準備時間以及簡化后處理步驟。在TwoCure 技術誕生之前，由于樹脂材料的結構脆弱，如果在打印時不添加支撐結構則會產生倒塌。添加支撐結構會對用戶應用3D打印造成一定困擾，因為用戶需要對CAD模型進行額外的準備，并花費時間進行零件的后處理。
另一種方式是將TwoCure 3D打印設備與自動化集成，通過自動化完成從零件打印到后處理的整個工藝流程。根據3D科學谷的市場觀察，集成自動化技術也是光固化3D打印技術的一個發展趨勢，光固化3D打印領域陸續推出了自動化的生產設備，例如3D Systems 的Figure 4，其中一個版本是包含了自動化材料處理和集中后處理的生產型設備；黑格科研發了可通過模組與機械臂實現柔性產量擴展的3D打印自動化生產線Ultracraft Mass。
展開 【結構仿真教程】6分鐘學會壓力容器裙座支撐區強度分析
但是否滿足設計要求，安全系數是否足夠，還要結合實際工程去判斷。
圖26 查看位移云圖
官方免費直播：平臺支撐下的仿真協同與設計優化
在仿真規模不斷擴大的情況下，如何支持數據管理與知識積累，協調仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉，規范其業務流程，實現仿真與研發創新過程的真正融合，成為行業領先企業需要探討的方向。企業級仿真平臺作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長足的發展。
針對仿真問題本身，面對產品設計日趨智能化/復雜化的挑戰，多物理多維度CAE和CAD軟件并存成為普遍現狀，工程師在軟件接口、技巧學習的時間投入日漸增加，如何實現仿真流程的集成、仿真標準化和自動化、多學科優化成為大家的關注點。Ansys PIDO可以幫助用戶輕松跨越產品設計的多個學科，實現設計流程的自動化。
另外，大型企業產品復雜，材料種類眾多，仿真則要面臨材料數據缺失的問題。而材料試驗周期長，投入大，復雜的材料類型如何正確篩選、高效共享與追溯，并從企業層面與設計部門一起進行協同管理成為一個現實的問題。Ansys企業級材料數據管理平臺提供了制造業材料知識共享領域的最尖端解決方案。
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講師簡介：
舒仕臣
Ansys中國仿真協同平臺專家
舒仕臣，畢業于清華大學物理專業，曾負責實施過眾多日本汽車廠商的仿真分析、多學科設計優化、仿真工具及業務流程集成等項目，積累了豐富的行業經驗。歸國后主要負責從事仿真平臺相關業務，負責實施了多個國內著名國防科研院所的仿真平臺項目，2018年加入Ansys，現在負責Ansys中國仿真流程與數據管理平臺（SPDM）的推廣。
劉丙權
Ansys中國流程集成與多學科優化專家
劉丙權，畢業于北京航空航天大學，曾就職于華清燃氣輪機，負責過多個核心部件的強度設計工作。2016年加入Ansys，具有豐富的結構仿真應用經驗，能夠在結構強度、振動多學動力學、疲勞等領域給客戶提供幫助。目前專注在PIDO流程集成與多學科優化的方案開發與推廣。
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