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更新时间:2022.05.26
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马烁

| 博士 讲师 硕士生导师

单位:

职务: 讲师

研究方向:

办公地址: 土木楼C502

办公电话:

电子邮箱: mashuo@zjut.edu.cn

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  • 个人简介

    【基本信息】

    马烁,工学博士,浙江工业大学特聘副研究员。

     

    【工作经历】

    2021.12 – 至今:     浙江工业大学,钢结构工程与力学研究所,特聘副研究员

    2020.09 – 2021.11浙江工业大学,钢结构工程与力学研究所,讲师

     

    【学习经历】

    2022.04 – 至今:   新加坡南洋理工大学,土木与环境工程学院,博士后,导师:Fu Yuguang教授

    2015.09 – 2020.08  浙江大学,建筑工程学院,结构工程专业,工学博士,导师:袁行飞教授

    2017.10 – 2018.10  美国德州农工大学,航空航天学院,联合培养博士,导师:美国工程院院士 Robert E. Skelton教授

    2011.092015.07  西安建筑科技大学,土木工程学院,土木工程专业,工学学士

     

    【研究兴趣】

    1.        新型结构与空间结构

    2.        预应力索杆结构

    3.        张拉整体结构

    4.        可开合屋盖结构

    5.        结构动力学与控制


    【研究成果详见】

    ·         https://www.researchgate.net/profile/Ma-Shuo-2

    ·         https://sc.panda321.com/citations?user=8zPLxxgAAAAJ&hl=zh-CN&oi=sra


    【开源软件及代码】

    ·         https://github.com/mashuo10



  • 研究方向


    【基于滑动索驱动的大跨度索网开合屋盖结构】

    基于滑动索驱动的大跨度索网开合屋盖结构是一种新型柔性可展结构,充分利用了拉索高强度和高柔性的特点,同时具有质量轻、跨度大、可折叠展开、节点构造简单、作动器数量少、施工张拉便捷等优点。将Levy型索穹中相邻的同组拉索连通为滑动索,通过调节滑动索原长达到对索穹顶结构的开合形态控制的目的,并对开合过程进行拟静态分析,得到结构的开环控制策略(图1

     图1 一种基于滑动索驱动的可展索穹顶结构

    对一种马鞍形索网开合屋盖结构的概念模型(图2)进行找形、开合路径分析、预应力设计、作动器控制策略计算以及模型试验研究(图3)。

     图2 基于滑动索驱动的马鞍形索网开合屋盖结构的模型试验

     图3 基于滑动索驱动的马鞍形索网开合屋盖结构的开合运动控制

    相关论文及专利:

    Ma S., Chen M., Yuan X. & Skelton, R. E. "Design and analysis of deployable clustered tensegrity cable domes", arXiv preprint, 2021, arXiv:2106.08424.

    马烁,卢凯,袁行飞,周欣竹. 一种基于滑动索的可展马鞍形索网结构. 发明专利,申请号:202110480498.6 申请日:2021-03-20  实质审查

    马烁,卢凯,袁行飞,周欣竹,俞柯翀. 一种滑动索驱动的可展索穹顶结构. 发明专利,申请号:202110480685.4 申请日:2021-04-30  已授权


    【张拉整体结构的动力学分析与形态控制研究】

    基于分析力学中的Lagrange方程推导了以整体坐标为变量的张拉整体结构动力学方程显式表达式,可用于处理张拉整体结构非线性动力分析问题(图4)。基于上述张拉整体结构静动力学理论,编制了相应的MATLAB程序(https://github.com/mashuo10)已在Github网站开源。这套程序与商用有限元软件ANSYS计算结果高度吻合(相对误差10-6数量级),可用于张拉整体结构建模、非线性分析、结构找形、拓扑优化、形状优化、刚度与稳定性分析、特征值屈曲分析、动力时程分析、非线性形态控制等方面的研究。

     图4 基于有限元的张拉整体结构非线性动力学理论

    在不考虑滑轮尺寸及摩擦力的假设下,对带滑动索的可展张拉整体塔进行非线性动力学方程推导,进而建立带滑动索的张拉整体结构的非线性形态控制方法(图5)。

     图5 带滑动索可展张拉整体塔的非线性形态控制

    相关论文:

    Ma S, Yuan X, Chen M, Skelton R E. Tensegrity system dynamics based on finite element method[J]. Composite Structures, 2022,280:114838.

    马烁, 袁行飞, 杨柳. 预应力索杆结构模型相似理论及其验证[J]. 建筑结构学报, 2020: 1-9.

    袁行飞, 艾科热木江·塞米, 马烁. 一致质量矩阵在向量式有限元中的应用[J]. 华中科技大学学报(自然科学版), 2019,47(11): 37-42.

    Ma S, Chen M, Skelton R E. Dynamics and control of clustered tensegrity systems[J]. Engineering Structures,2022 (accepted).


    【张拉整体结构的优化设计与性能研究】

    提出一种新型环形张拉整体结构体系,使用非线性优化算法对结构参数进行优化,得到满足整体稳定性、杆件强度约束的优化设计方案(图6)。在索桁架结构设计中,通过两种基本单元的最优组合,得到一种最小质量的索桁架结构,以预应力、截面积作为变量,对其进行成形态、荷载态两阶段最小质量设计(图7),该方法可用于预应力索网屋盖结构的预应力与截面积优化设计。

     图6 环形张拉整体结构的优化设计

     图7 索桁架结构的优化设计

    对环形张拉整体结构作为环梁的自平衡张拉整体索穹顶结构的力学性能进行分析,研究结构的静力荷载响应、施工张拉成型模拟、自振特性分析和地震时程分析,进行了数值模拟计算和模型静力加载试验(图8)。

     图8 自平衡张拉整体索穹顶结构的试验研究

    相关论文:

    Ma S, Yuan X, Samy A. Shape optimization of a new tensegrity torus[J]. Mechanics Research Communications, 2019,100:103396.

    Jing S, Yuan X, Ma S. Redundancy theory and evaluation index of cable–strut system[J]. Advances in Structural Engineering, 2019,22(9): 2110-2123.

    马烁. 自平衡张拉整体索穹顶结构的理论分析与试验研究[D]. 浙江大学, 2020.

    蒋淑慧, 袁行飞, 马烁. 索杆体系冗余特性及评价指标研究[J]. 建筑结构学报, 2020,41(03): 132-139.

    蒋淑慧, 袁行飞, 马烁. 考虑冗余度的杆系结构构件重要性评价方法[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2018,50(12): 187-192.

    Ma S, Yuan X, Deng M, Yang L. Minimal Mass Design of a New Cable Truss in Two States[J]. Mechanics Research Communication, 2021 (under review).


    【张拉整体结构找形与拓扑研究】

     将张拉整体结构找形问题转化为平衡方程的最小二乘问题,提出了一种基于Levenberg–Marquardt(L-M)算法的张拉整体结构找形方法,可用于大型规则、非规则张拉整体结构和机构的找形(图9)。基于多体动力学理论,建立了带刚体的广义张拉整体结构的静力学方程及找形方法(图10),可用于广义张拉整体结构的找形找力、大变形分析、弹塑性分析。

     图9 基于Levenberg–Marquardt算法的张拉整体找形方法

     图10 带刚体的广义张拉整体结构的找形方法

     基于遗传算法和基结构方法,对环形张拉整体结构的进行拓扑优化设计,对结构拓扑、形态进行编码,通过二进制编码的选择、交叉、变异得到质量、强度、稳定性约束条件下的结构最大刚度拓扑设计方案(图11),此方法可用于预应力索杆结构的拓扑优化问题。在悬臂梁结构设计中,提出一种新型张拉整体悬臂梁结构的拓扑与形状,进行考虑屈服与屈曲约束的最小质量设计方法(图12),可以证明了这种结构形态在最小质量设计中的优势。

     图11 基于遗传算法的环形张拉整体结构拓扑优化

     图12 新型张拉整体悬臂梁结构的拓扑设计与优化

    相关论文:

    Yuan X, Ma S, Jiang S. Form-finding of tensegrity structures based on the Levenberg–Marquardt method[J]. Computers and Structures, 2017,192:171-180.

    Ma S, Chen M, Skelton R E. Design of a new tensegrity cantilever structure[J]. Composite Structures, 2020,243:112188.

    Ma S, Yuan X, Xie S. A New Genetic Algorithm-based Topology Optimization Method of Tensegrity Tori[J]. KSCE Journal of Civil Engineering, 2019,23(5):2136-2147.

    谢胜达, 袁行飞, 马烁. 基于小生境遗传算法的新型环形张拉整体结构拓扑优化[J]. 空间结构, 2019,25(04):35-42.

    Ma S, Chen M, Peng Z, Yuan X, Skelton R E. The Equilibrium and Form-Finding of General Tensegrity Systems with Rigid Bodies[J]. Engineering Structures,2022 (under review).




  • 科研项目

    【科研项目】

    1.        国家自然科学基金青年项目“基于滑动索驱动的大跨度索网开合屋盖结构形态设计与控制研究”No. 52208218),30万,项目负责人,2023.01-2025.12

    2.        浙江省空间结构重点实验室开放基金“基于索、梁单元的广义张拉整体结构优化设计与性能分析”(No.2021023万,项目负责人,2021.01-2022.12

    3.        国家自然科学基金面上项目“考虑钢索蠕变的索杆结构时变性能评估及预应力补偿研究”No.51578492),主要参与人,2019.1-2022.12

    4.        国家自然科学基金面上项目“带张拉整体环的自平衡索穹顶结构体系及其冗余特性研究”(No.51878600),主要参与人,2016.1-2019.12


  • 教学与课程

    【课程】

    本科生课程:《理论力学》

    本科生课程:《认识实习》-建筑工程方向


  • 招生计划

    【招生计划】

    欢迎对钢结构与空间结构、张拉整体结构、可展结构等方向感兴趣的学生报考,有意申请者请将研究意向发送至邮箱:mashuo@zjut.edu.cn

    • 每年招收硕士研究生2名,欢迎优秀学子加入。

    • 每年招收本科生若干名,参加运河杯、挑战杯等项目。


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