结构设计竞赛总结

结构设计竞赛总结

——感悟篇“几个月的参赛准备，我们体会颇多，一直以为参加大赛是个简单的事情，看着那些捧着奖杯的获胜者，想想比赛也不过如此而已，但真正的经历了这个准备的过程才体会出了参赛者所付出的那份艰辛。

记忆里我们曾几次熬夜，我们曾争执不休，我们也曾满身胶水；迷茫过，彷徨过；疑惑过，怨恨过，所有的所有现在似乎都变成了我们的收获，结果已经不重要，因为从中我们已经得到了知识的扩充，培养了动手实践能力，同时更总要的是我们深刻体会到了团队合作的重要性。

我们会继续努力，为祖国的建设事业贡献自己的力量，同时也感谢组委会给我们这此宝贵的机会。” -----载自《独木天下计算书》“荣获全国第二届结构设计竞赛二等奖的学校有：华中科技大学…”随着主持人公布结果，我们一行五人（熊sir，郭sir和小鑫，阿迪，柏亚-->me）悬着的心终于落了底，从七月初报名到比赛结束，一步一步的艰辛历历在目。在赛后组委会的晚宴上，和熊sir商量了一下，从我们走过的路看，缺乏经验是我们最大的困难，虽然学校每年也举办一次比赛，但所留下的资料却甚是缺少，为了让后面的同学比赛时不在此方面遭遇同样困难，于是我提出了写这篇总结的想法，得到了熊sir和郭sir的极力支持，这里深表谢意。

回想起自己与此项赛事的渊源，似乎可以做以下描述：

06年11月，华中科技大学第二届结构模型设计竞赛开赛，一个能动手实践的好机会产生，带着无限的兴趣，作为补充队员的我观看了上一届学长的模型制作和加载过程，初步了解了此项赛事，虽然只是制作工程中帮了些忙，但已经注定下这项赛事与我的不解之缘；

07年11月，校第三届举办，终于有了自己大展拳脚的机会，作为参赛主力的我们一届（考虑到《结构力学》课程的安排校内比赛多面向大三同学），从讨论设计，制作试验历经两个多月的辛苦劳动，我们三个幸运地最后获得了校一等奖，这次比赛让我们全过程地体会了制作模型经历；

08年7月到10月末，通过暑假的选拔，我们三个最后代表学校参加全国第二届结构设计竞赛，在老师的指导帮助下，经历了试验，设计，制作等过程，还有不断的尝试和改进，用了近三个月时间设计完成“独木天下”，在大连理工大学拿到了二等奖。

三年，虽说没有完全用制作模型来填充，但三年的生活已经和模型纠结不清了。也许是从小就喜欢动手尝试制作一些东西的未泯童心想法让我们这三个人走到了一起，所以不管其中经历了怎样的辛苦和埋怨我们最终还是坚持了下来。

“考保找中我们是最忙的！”，“我们还找不找工作？”

“你看我混得满身胶水！”

“又得熬一夜了！”

“我们这是不是过着研究生的生活啊？”“不会，保研的也比我们回去的早”….

夜幕下的华科，从西六到紫菘的一段路上，暗黄的路灯里三个人影如是交谈着（有时是两个，被佳人约走一个），别看有如此多的埋怨，但很清楚三个人内心中没有哪个曾下定决心放弃的，只要谁怨恨到提出：我们放弃吧，没过一会就丢掉了这样的想法。给我们的选择一个交代，承担起一份责任就不能轻易放弃，其实我想这点才是我们最终坚持下来的原因。

（我写的够多了！阿迪，小鑫你们也来感想一个！）

阿迪：经过近3个多月努力拼搏，我们取得了应有的荣誉。赛后，回想起模型制作过程中的点点滴滴，我感慨良深。

在这段时期里，我们根据各自特点进行了良好的分工协作，这为我们能保持良好的工作效率提供了基础条件。在模型的选型阶段，我们通过查阅有关书籍，选择了几个的方向进行深入细致的设计研究，并不断地进行讨论，择选出各种形式的最优方案，最后通过试验结果，选出最优方案。在模型的制作过程中，我们参考了前一届的模型的制作工艺，整合改进他们的设计，然后设计出我们自己的制作工艺，当然，这些工艺是通过很多次试验选出的最优。此外，由于比赛的时间有一定的限制，我们制定了制作安装流程表。这些工作都让我们在比赛过程中，获益不少。

通过这次模型设计大赛，我们充分地利用了我们的专业知识，使得我们对专业知识有了更加深入的理解，更重要的是培养了我们一种吃苦耐劳的精神。多少的汗水，多少的失败，才成就了今天的成果。

小鑫：在这次的比赛过程中，感受最深的是要坚持不懈，只有坚持，才可以做好这个工作。在这次的制作中，我们三个有着良好的配合协作，一心把这个工作做好。最终取得了满意的结果。

参加全国大赛是件很有意义的事情，我们看到了别的学校的在这个方面的特色，学到了很多思路和制作的技巧。特别有感触的就是，只要敢想，就有可能。我们的制作技术不是问题，但是就是思路上的不一样造成了最终成绩上的差异。结构模型设计大赛是一项需要创新和突破的比赛。希望后面的同学们可以做的更好。

（感悟篇至此完）

结构设计竞赛总结

——经验篇思考了一下怎么才能方便又清楚的讲明白这些技术方面的经验，想想自己和读者基本都是工程界人士，用工程上的术语来安排文章结构较为惬意，所以本文从工程概况，工程技术，工程管理三方面进行阐述：

一.工程概况：

结构设计竞赛与其他大学生竞赛相比起步较晚，但近几年来此项比赛受到了国家的重视，在教育部和财政部最新公布的九大正式大学生竞赛中，结构设计竞赛位列其中。本校的比赛从2005年开始每年举办一次，皆由土木学院主办，一般历时两个月左右，今年已举办到第四界；中南地区的比赛为每两年一届，上一届在湖南科技大学，09年将在三峡大学举办；全国比赛共举办两届，第一届是05年六月在浙江大学举办，第二届（本届）是今年10月在大连理工大学举办，参赛队伍一般在45支左右。从我们搜集的材料和比赛时与其他学校代表队的沟通中了解到，全国范围内华东地区此类赛事举办较早，他们积累的经验较多，这从他们在此次比赛中取得的成绩中很容易发现这一点（前三名皆为华东高校）。湖北省内至今未有省内比赛，但由于湖北地区各高校的校内比赛起步和中南地区比赛的带动，总体来说湖北高校的进展较迅速，在本次比赛中来自湖北的四所高校皆取得了较好的成绩。

结构设计竞赛通常是利用组委会提供的简单材料来做出结构模型并通过加载等试验做评比来最终确定成绩。比赛得分一般分为外观造型、结构形式、设计分析、制作质量、现场答辩与加载试验等几项（比赛不同评比项数也不尽相同），其中加载试验约占到全部分数的一半；从使用的材料来看，多用白卡纸，A0图纸和木材，铝片等，北方多以木材设题，南方学校则多以卡纸为材料；从结构形式来看，已做过的比赛包括高层，单跨桥，双跨桥，大跨度屋盖等。

全国结构设计竞赛是一种半开放式比赛，它不同与机器人大赛的全开放式和程序设计大赛杯的封闭式比赛，结构设计竞赛的比赛题目会较早公布给参赛队伍，由参赛队伍提前设计制作，完成设计计算书，但要求参赛队在规定的时间，规定的地点完成模型制作，然后加载试验，进行评比。

二.工程技术：

1. 思路产生：

在此阶段，首先了解题目，理解题目，做好计划，通过多读书，多讨论的方式选择结构形式，同时考虑制作的可行性及材料力学性能。在校第三届时，我们较快完成了此步骤，而在准备全国比赛时，斜拉和组合两方案并行，这也成为我们后续工作量大，任务书迟迟未完成的原因。

2. 方案设计：

计算软件的学习要在此阶段准备好，图书馆和视频教程皆是较好的资源，但如果有一个学过软件应用的人指导那会更快捷。

通过试验测量材料的力学性能。我们所做的包括纸的拉应力和压应力的测定，绳子弹性模量的测定，胶水粘结应力的测定等等。获得了材料的性能指标之后就要将所得数据利用起来，结合结构计算软件进行结构设计，建模，加载，优化，按照此三步完成结构设计。此类软件较多采用CAD画图，结构力学求解器，SAP2000和ANSYS软件进行计算。建模时需注意节点的设置处理，加载时为多工况进行，优化时主要优化结构的尺寸及杆件截面尺寸。

3. 模型制作：

（1）准备工作

制作工具通常包括剪刀（相信你晓得用它作甚），刻刀（也不用说了），刷子（大刷子和小刷子最好都准备，小刷子我们用的是画色彩用的画笔），玻璃（垫在下面防止刻刀划到桌面以及提供一个平面），铅笔（定线），圆珠笔（用过的圆珠笔，刻痕用），吹风机（吹干胶水），还有你可以想到的任何可用之物。

这里要重点提及的是模具，好的模具不仅使模型制作快速方便而且能较好地控制模型的质量，但设计怎样的模具又成了一个难题，要尽量做到简单，方便。模具可为木质，金属质等皆可，为了方便我们组也曾用提供的纸自制出定型模具，较好用。

（2）杆件制作

1）圆杆：我们所用的230g巴西白卡纸，与普通纸张相比，其脆性明显，若直接卷成圆杆，多会破坏纸表面结构，在卷成的杆件上会留下条条“皱纹”，很明显会降低其承载能力。我们最初想到的方法是用胶水浸湿纸，首先画定尺寸，距离开始端留

有按模具直径算出的周长+3mm（因模具直径不同而不同）的宽度不涂胶，否则就要小心你的模具拔不出来，或者拔出来也带着内层纸的伤痕，在其他待卷部位涂上胶水，用胶中的水分浸软卡纸，然后卷成。这里要提醒注意的是浸湿的时间要把握好，过短效果欠佳，浸润时间过长，胶水当然会干掉的。此方法虽与直接卷杆比起来卷出的杆件效果较好，但仍未达到我们的满意，经另外同学的提点，我们研究了更新的方法，取其名为“蒸汽式圆杆制法”，其方法为：准备开水及水桶，桶盖，空间铁丝网（用软铁丝自行编制），将开水倒入水桶，架上空间铁丝网，取画好尺寸切好的待卷纸放在铁丝网上，盖上桶盖，蒸十五分钟左右，取出后卡纸一般会服服帖帖任凭你如何卷。前面的“皱纹”不再显现。卷成后按压模具在玻璃平面上滚动几次，杆件表面就已经较平滑了。

2）方杆：当然也包括矩形杆。制作步骤为：（这里以内层10mm*10mm的方杆为例）首先计算各层尺寸，由于要考虑纸的厚度，所以第一层第一个宽度要减少0.4mm，其他三个宽度正常（即前四个尺寸为9.6mm，10mm，10mm，10mm），为了减少定线误差，其他层宽度尺寸边卷边定（折过最开始的三个刻痕后，用无油圆珠笔定新刻痕，此步骤也有同学用刻刀轻刻，但要掌握力度），然后卷制，每卷一次刻新痕一条，卷至所需宽度后，用刻刀裁下用纸。打开纸，除第一层的前四个宽度外其他各层涂胶，然后卷制成功。

3）三角形及其他多边形杆件：在方杆的基础上略加改动，相信很容易完成。

4）组合杆件：箱型梁较强的承受压屈失稳以及抗弯性能会颇受设计者的热爱，虽然形式多变，但其实制作起来也较简便，如两内矩形拼成的箱型梁，只需按上述方杆的制作方法做出内矩形然后在外面外包大矩形即可，但要提醒的是两内矩形应完全干好后再外粘大矩形，这样可以纠正两内矩形的弯曲，保证整体梁的平直。

5）拱：这是一个较难用纸做出的杆件，每一代参赛者都想了很多的办法突破这一技术难关，但各种方法效果并不明显。我们在做桥时也取用了拱结构做桥面支撑，由于桥面的高差限制，我们的起拱高度仅有10mm，这样小的拱只需在杆件烘干时用模具定型到相应尺寸即可。但如果起拱高度较高，此方法较难达到效果（也曾有人用哑铃在烘干过程中压拱），另外介绍两种方法：○1在整张纸上裁剪出拱的各面宽度，并留好拼接附属部分，将各片纸粘拼成整个拱，性能测试不详；○2既然拱难完成，那么就模拟拱，利用小杆件（小圆杆或者小方杆）按拱轴线连接成拱，效果较好（此次比

赛既有用此方法做出拱桥的队伍）。

（3）结点制作

杆件做好了，如何拼装成了问题，杆与杆的连接不可避免，由于杆件种类的不同，会有方杆与方杆，圆杆与圆杆，方杆与圆杆等其他类型的连接。方杆的连接比较简单，按棱角剪开方杆至粘贴长度，用胶水浸软一段时间后粘到另外的杆件上；圆杆的连接一般要首先画出圆杆的粘贴长度，如果是斜连此步骤较难完成，最好借助模具；如果圆杆与圆杆连接也可在杆件上画出相贯线，用刻刀出去多余部分后粘结。节点连接处可用如纸垫覆盖其上，保持结构的美观，如果需连接的两杆件为交叉情况且截面宽度相差较大时，也有人用钻空穿多的方法制作。

如果模型为对称平面结构，拼装过程可直接在平整的玻璃上完成，如果是空间结构，建议利用模具，否则完成的模型一般歪扭得比较严重。

（4）纸带制作

这是充分利用纸的抗拉性能大于抗压性能的代表，纸带的制作主要分为如下几步：定尺寸，刻痕，折叠，粘结和养护。有个我们的创新在此讲述一下，纸带在作为结构构件承载时，其破坏形式多为局部撕裂，为了解决此问题我们发明了“钢筋混凝土式纸带”，顾名思义在纸带的制作工程中加入了替代钢筋的绳线，绳线布置在纸带的转折处，并用拉直绳子的方法做预应力（可将绳子绑在床的头尾张拉，也可利用悬垂重物张拉），在防止纸带的撕裂的同时提高了纸带的抗拉能力，并有效防止了纸带干结过程中弯曲的现象。

（5）表面处理

很多结构除了骨架外还要附着表面，比如高层建筑的外表面，大跨覆盖顶面和不要求强度的桥面等等。如果大面积贴纸可想而知其雷人的重量。此时就要想办法即起到覆盖作用又尽量减少重量。细心点的同学会发现其实白卡纸本身有三层，两表面层光滑轻薄，中间层粗糙厚重，我们可以撕纸取用表面层做覆盖结构，极大地减轻了模型的重量。

4.其它技巧：

1）定尺寸：先取用小纸按上面制作杆件的方法制作标准，然后依标准进行各道划痕的定线，这样能统一同一批次的各杆件尺寸，并能减小尺寸定线的误差，也提高了大批量生产的速度。

2）纸的利用：这一点是在动手做之前就该明白的一点，仔细观察一下，你会发现白卡纸有两面（不会有人不知道！），但是两面不同，一面光滑，一面粗糙，那么粘结乳胶当然选粗糙的一面了，同时整张卡纸根据纹理不同也有正向和逆向之分，顺着正向剪切纸和制作杆件肯定是最佳的，选错了不仅裁纸添麻烦，卷杆同样会受挫。

3）养护：此过程绝不可小觑，做好的杆件如若不加处理任其自行干结，最终完成的杆件会有各种不同的弯曲形态。这就需要在干结过程中要控制其状态，如果模具完备可将做成的圆杆和方杆在中间插有模具的情况下干结，如果模具很少或者根本没用，那就要动用你身边一切可以动用的物件了，我们制作的过程中发现书是一种简单又好用的模具，可用来养护定型。

4）蒙皮效应：蒙皮结构对于结构整体受力，提高结构整体稳定性均有显著效果，虽然考虑到工程实际情况，蒙皮结构在现实工程中基本未有应用，但此技术在模型制作上却大行其道，性能优良，此次比赛的前几名均采用到此种结构，更有甚者竟只用卡纸本身三层中的一层面层蒙皮，取得了成功，大大减轻了模型的重量拿到了一等奖。

蒙皮结构在制作工程中，模型保护是个关键，有瑕疵的蒙皮一旦受力会产生毁灭性的打击，在本次比赛中，为了防止在运输工程中破损，部分代表队用提前设计好的纸箱来保护模型的运输。

5. 设计计算书制作

不管是什么级别的比赛都会要求参赛者制作模型计算书，用文字材料来介绍模型设计及制作过程。模型计算书一般要求包括模型的设计说明、方案图和计算过程。好的计算书不仅要求内容充实完善，较好的文字编辑能力也要具备。

三.工程管理

1.积极性

这一点是我们最终得以代表学校参赛的最根本原因。

人会懈怠，这是不可避免的，但当我们懈怠时怎样从中尽快解脱，回到正常的事务中这就需要我们仔细探索。在我们制作的过程中为了减少产生懈怠的，我们也不忘娱乐一个，制作的时候歌曲常常相伴，有了进步三个人也会小庆祝一番。苦中作乐，彼此鼓励，我们这样来保持积极性。

2.不放弃

如果没记错，我为了计算和制作模型熬过六个夜晚，十一点从院楼爬出后敲阿姨开门的夜晚也不知有多少了。我们也会在路上抱怨考保找中我们竟是最累的，也曾在我们找工作和比赛中徘徊，但一个团队的梦想和一份承担起的责任促使我们坚持了下来。

3.做计划

1）时间计划：此点多说无意了，看组长的能力了。

2）人员计划：充分了解三个人的特点，包括自身能力和脾气秉性，这个在组队时最好就明确，大家是个团队，这个团队需要几种人，有做管理，设计计算，制作，还有制作计算书等等分工，所以组在一起的队员不应该都只在一两个方面强项，最好全体队员的能力能覆盖全部任务。在我们的分工中我负责管理，学习软件和制作计算书，阿迪和小鑫则负责设计和计算。几次比赛一直如此分工，配合起来较顺手。

以上就是我参加此次比赛的一点总结，虽然想尽可能用简单的语言加以描述但仍难免有些地方表达不清（其实你把材料给我做给你看，才是很简单直观的），所以由于文笔的原因叙述不详之处还望见谅。希望土木学子在以后的比赛中再创佳绩。