利用HyperWorks进行地震区混凝土壳体结构设计
本文摘要（由AI生成）：
普林斯顿大学构形实验室致力于研究结构的曲线外形，以优化力学分布，提升结构强度，降低成本与碳排放，同时满足审美需求。实验室主任Sigrid Adriaenssens博士和博士生Tim Michiels分别研究结构表面形状和壳结构在自然灾害中的表现。面对地震挑战，他们使用Altair的HyperWorks软件研究地震对建筑物的影响，并通过OptiStruct优化壳体结构厚度分布，提高振动性能。普林斯顿大学与Altair合作，通过仿真与优化方法，推动结构设计的安全与创新。未来，团队将研究壳结构形态对地震力的影响，设计能抵抗地震的创新、低成本壳结构。
项目介绍
美国普林斯顿大学的构形实验室是一个专注于研究结构的曲线外形的研究小组，研究外形的最佳的力学分布以获得最优的结构强度。研究的成果显示这些结构可以非常薄，从而降低成本和二氧化碳排放，同时满足一定的审美要求。
构形实验室主任Sigrid Adriaenssens博士是专门研究结构表面形状的结构工程师，她是美国普林斯顿大学土木与环境工程系的助理教授，Adriaenssens拥有巴斯大学、英国轻型结构博士学位，并曾担任伦敦Jane Wernick Associates和比利时布鲁塞尔Ney +Partners的项目工程师，她撰写了2本书和40多篇行业论文，她是IASS Working Group 5的联合主席，是InternationalJournal of Space Structures合作编辑。她目前的研究领域包括被动、主动和自适应结构。Tim Michiels是普林斯顿大学的构形实验室在读的博士生，他的研究方向是壳结构在地震等自然灾害的影响下的行为。他还进一步研究采用可持续的材料，如夯实土和砖，设计弹性壳结构的方法。Tim获得了鲁汶大学 (比利时) 土木工程的学士和硕士学位，还获得雷蒙德勒麦尔国际保护中心的硕士学位。来到普林斯顿之前，Tim就职于Getty Conservation Institute，研究如何在地震时保护历史土楼，曾参与在摩洛哥和秘鲁的古建筑保护项目。
挑战
新闻报道中倒塌的建筑物、破坏的道路和撕裂的城市形象，时时提醒着我们地震的破坏力。通过几十年对这些灾难性事件的研究，我们已经有了很大的改善，建筑专业人士和研究人员不断努力采用最先进的数值方法提高建筑的抗震能力，保护居住者的安全。
普林斯顿大学构形实验室的研究人员正在探索一种能安全地应用于地震地区的结构设计，比如说，这是一种很有应用性的结构设计。他们专注于壳结构，这是非常薄且弯曲的，通常大跨度结构，材料范围很广泛：从钢和玻璃、混凝土，甚至砖块或泥浆。这些壳结构在地震中的表现卓越，例如备受赞誉的壳结构Félix Candela在 1985大墨西哥市地震期间结构完好，保护了生命。分析这些结构在地震作用下的行为是需要功能强大的计算工具的。
位于墨西哥市的Las Manantiales餐厅
OptiStruct中内置的优化方法进行寻找壳体结构更好的厚度分布，从而提高振动性能
Los Manantiales餐厅
这些图表明单弯和双壳结构的振动性能受到跨度和壳结构的形状影响
解决方案
构形实验室研究人员采用Altair的先进仿真软件HyperWorks套件进行仿真与分析。该套件被用来研究地震对建筑物性能的影响，由地震引起的震动对外壳形状的响应及模拟厚度变化的影响。
几何可以很容易从其他CAD软件导入到HyperMesh，定义好模型属性后、不同地震工况，直接利用HyperWorks的OptiStruct求解器进行模拟计算。得到地震载荷作用下不同的阻力和响应，从而可以预测的一系列的几何形状。此外，在OptiStruct软件内置的优化工具不仅可以在给定的约束条件下寻找一个更好的整体形状，也可以被用来预测区域的壳局部厚度变化引起的振动特性。
因此，HyperWorks套件是用于获取何种壳体结构形式对地震反应理解的有力工具。整体形状的壳，特别是它的曲率，从地震行为的影响来看，被证明是一个主要的影响振动特性的因素。通过增加曲率，从而增强相应的壳刚度，结构的基本频率也增加，确保它们的振动模式在地震时被较少地触发。虽然厚度分布也是唯一的第二次重要的因素，OptiStruct的尺寸优化是一个有用的工具，通过优化可以减少应力集中。这些认识能大大促进地震地区壳结构设计的安全性。
结论
Altair团队优化专家的支持，HyperWorks套件仿真的通用性，都证明了是本项研究的坚强后盾。该软件的计算效率允许进行大规模的模拟运算，同时，内置的优化方法被证明是用于探索结构行为强大的工具。这有助于Altair的技术专家与普林斯顿的研究团队一起进行探讨性工作。Altair的贡献范围从提供建模帮助，到引入不同的优化方法，甚至写一个自定义的脚本解释某些数据的模型。
最后，研究人员计划继续探究不同的壳结构形态如何影响地震力的传播以应用于真实的结构，如Félix Candela。此外，他们预计使用收集到的数据，设计可以抵抗地震具有创新性、低成本的材料的壳结构原型。
关于普林斯顿大学
普林斯顿大学成立于1746，是美国第四古老的学府，是一个充满活力的、服务于全社会的学术和学习团体。普林斯顿是一个独立的、男女同校、不分宗派，为本科和研究生提供人文，社会科学，自然科学和工程等教学。
作为世界知名的研究型大学，普林斯顿力求在知识和理解的发现和传播上达到最高水平。同时，普林斯顿在研究型大学中有其独特的大学本科教学模式。今天，有超过1100名教职人员约有5200名本科生和2600名研究生。该大学的慷慨资助计划，确保所有才华的学生能负担得起普林斯顿教育。
