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基于机器学习的混凝土3D打印沉积线状态优化
1
作者 马宗方 戴溢阳 +2 位作者 贺静 宋琳 刘超 《工程设计学报》 北大核心 2025年第4期488-498,共11页
混凝土3D打印作为一种快速、精确的增材制造技术,逐渐在建筑行业中展现出独特优势。然而,混凝土3D打印涉及多种工艺参数(如打印速度、挤出速度、层高和线间距离等),且这些参数之间存在复杂的耦合关系,导致沉积线状态的质量难以精确控制... 混凝土3D打印作为一种快速、精确的增材制造技术,逐渐在建筑行业中展现出独特优势。然而,混凝土3D打印涉及多种工艺参数(如打印速度、挤出速度、层高和线间距离等),且这些参数之间存在复杂的耦合关系,导致沉积线状态的质量难以精确控制。为解决这一问题,提出了一种基于白鲸优化(beluga whale optimization,BWO)算法、支持向量机(support vector machine,SVM)和集成学习算法AdaBoost的机器学习模型(BWO-SVMAdaBoost),用于探究混凝土3D打印工艺参数与沉积线状态之间的关系。BWO-SVM-AdaBoost模型以包含400个样本的数据集为基础进行训练与测试,其在训练集和测试集上的预测精度分别达到了99.76%和95.19%。与此同时,利用贝叶斯优化算法对不佳的打印工艺参数进行进一步优化,生成了最优的参数组合,有效地提升了打印构件的精度和稳定性。研究结果为混凝土3D打印工艺参数的系统优化提供了一种新颖且有效的方法,可为实现高质量的打印结构奠定理论基础。 展开更多
关键词 混凝土3d打印 沉积线 机器学习 贝叶斯优化
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采用欧拉回路的混凝土3D打印路径优化算法
2
作者 马宗方 万伟鹏 +3 位作者 宋琳 刘超 刘化威 武怡文 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2024年第11期1954-1960,共7页
针对混凝土3D打印过程中成型质量不好、打印时间长的问题,以欧拉回路模型为基础,设计一种混凝土3D打印路径优化算法,实现了混凝土构件更优、更快的成型。该算法先通过不断寻找打印路径中的欧拉回路来确保打印喷头在抬头次数尽可能少的... 针对混凝土3D打印过程中成型质量不好、打印时间长的问题,以欧拉回路模型为基础,设计一种混凝土3D打印路径优化算法,实现了混凝土构件更优、更快的成型。该算法先通过不断寻找打印路径中的欧拉回路来确保打印喷头在抬头次数尽可能少的情况下遍历整个打印路径,然后应用蚁群算法寻找打印喷头在各个欧拉回路之间运行的最短路径,最后确定整个混凝土构件的打印路径来减少打印喷头抬头次数和运行路径中的空行程。实验结果表明:打印喷头抬头次数和打印路径空行程对混凝土3D打印的成型质量和打印时间有着非常重要的影响。该文算法打印结果与传统算法相比,打印喷头抬头次数减少了57.14%,喷头运行行程减少了23.21%。该文算法对于混凝土3D打印中存在的问题有着明显的改善,为混凝土3D打印构件的成型质量和打印时间的优化提供了有效的参考。 展开更多
关键词 混凝土3d打印 路径优化 欧拉回路 蚁群算法
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基于倾斜摄影的混凝土3D打印成型精度分析与预测
3
作者 张学辉 赵双双 +2 位作者 陈雄姿 安军海 郑书玉 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第8期3356-3365,共10页
混凝土3D打印技术是一项新型的增材制造技术,为了实现采用混凝土3D打印技术来快速打印高质量的成型构件,综合利用迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法和倾斜摄影测量技术来分析3D打印构件的整体偏差、局部边界偏差和圆弧角半径... 混凝土3D打印技术是一项新型的增材制造技术,为了实现采用混凝土3D打印技术来快速打印高质量的成型构件,综合利用迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法和倾斜摄影测量技术来分析3D打印构件的整体偏差、局部边界偏差和圆弧角半径,并根据整体偏差和边界偏差对成型精度及可建造性进行研究,最后利用边界偏差和圆弧角半径对打印模型进行预测。结果表明:在混凝土3D打印配合比为水泥∶砂∶粉煤灰∶减水剂∶混凝剂∶水=1∶1.12∶0.09∶0.004∶0.006∶0.32,打印速度V_(d)为45 mm/s,最佳挤出速度V_(j)为138 mm/s时构件成型精度最高;对倾斜摄影模型拟合对齐,并对其具体位置偏差标注色谱图,可知混凝土3D打印构件在第4层时压缩变形较大,可建造性较低;利用预测模型与混凝土3D打印实体构件进行拟合,可知预测模型与基准模型相比误差约1 mm,验证了所提方法及预测模型的合理性。 展开更多
关键词 混凝土3d打印 倾斜摄影 迭代最近点(ICP)算法 预测模型 成型精度
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基于连续顶点分区的混凝土3D打印路径规划算法 被引量：2
4
作者 崔衡 马宗方 +2 位作者 宋琳 刘超 韩怡萱 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期271-279,共9页
针对混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题,提出了一种基于连续顶点分区的路径规划算法。首先,采用基于哈密顿回路的连续顶点分区方法,将打印区域划分为多个连续的区域,以确保在打印过程中打印喷头不会多次经过同一顶点,从而... 针对混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题,提出了一种基于连续顶点分区的路径规划算法。首先,采用基于哈密顿回路的连续顶点分区方法,将打印区域划分为多个连续的区域,以确保在打印过程中打印喷头不会多次经过同一顶点,从而避免了重复打印和成形质量差的问题。然后,使用遗传算法搜索每个区域,通过迭代和优化来确定最短的打印路径。实验结果表明,与其他路径规划算法相比,所提出的算法能够显著减少打印喷头的空行程和启停次数,且缩短打印时间10%以上,有效地提升了混凝土构件的成形质量与打印效率。基于连续顶点分区的混凝土3D打印路径规划算法通过有效划分打印区域、智能搜索最短路径以及合并优化路径的方式,解决了混凝土3D打印构件成形质量差和打印时间长的问题,这可为混凝土3D打印技术的发展和应用提供有力的技术支持。 展开更多
关键词 混凝土3d打印 哈密顿回路 遗传算法 路径优化
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使用混凝土3D打印技术建造曲线型“火星屋”数字酒店项目的施工技术 被引量：1
5
作者 蔺喜强 王海龙 +4 位作者 孙晓燕 WAEL Kikhia 吴振楠 路兰 迟兆鑫 《混凝土》 北大核心 2024年第12期207-212,共6页
未来外星球建造基地时,3D打印技术是最有可能使用的建造技术之一。中国甘肃省的火星1号基地项目模拟了火星地貌,并使用混凝土3D打印技术建造了房屋,形成了一项具有特色的文化旅游产业项目。2022年6月,开始了5栋火星房屋酒店建筑的3D打... 未来外星球建造基地时,3D打印技术是最有可能使用的建造技术之一。中国甘肃省的火星1号基地项目模拟了火星地貌,并使用混凝土3D打印技术建造了房屋,形成了一项具有特色的文化旅游产业项目。2022年6月,开始了5栋火星房屋酒店建筑的3D打印建造。这个3D打印酒店是蛋形的,总高度为9 m,建筑面积为46 m2,被分为上下两层,有三角形的窗户和顶部的天窗。在工厂完成混凝土构件3D打印后,再被运输至项目现场进行拼装施工建造。介绍了火星房屋的结构设计、3D打印工艺和整体安装施工情况。5栋3D打印的火星房屋和酒店在戈壁沙漠中完成建造,共花费3个月时间。基于数字打印和混凝土3D打印的建筑,整个打印、安装和建造过程是安全、快速和准确的,结构设计和安装过程完整。该项目目前是世界上最大的蛋形3D打印结构,其建造过程为更多的3D打印设计提供了经验,并对探索添加智能建筑技术具有积极意义。 展开更多
关键词 混凝土3d打印 火星房屋 结构设计 建造过程 3d打印技术
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快硬早强混凝土3D打印施工方法及应用 被引量：13
6
作者 蔺喜强 张涛 +4 位作者 霍亮 张楠 李国友 戢文占 王宝华 《混凝土》 CAS 北大核心 2018年第7期141-144,152,共5页
建筑3D打印技术对混凝土的性能要求主要是快硬早强。结合实际打3D打印混凝土应用技术,对适合于建筑3D打印的快硬早强混凝土的工作性能、凝结时间、力学性能提出了参数指标。通过研究混凝土的3D打印工艺、配合比设计和施工流程,对3D打印... 建筑3D打印技术对混凝土的性能要求主要是快硬早强。结合实际打3D打印混凝土应用技术,对适合于建筑3D打印的快硬早强混凝土的工作性能、凝结时间、力学性能提出了参数指标。通过研究混凝土的3D打印工艺、配合比设计和施工流程,对3D打印混凝土的施工方法进行了阐述。利用工业型3D打印机实现快硬早强打印混凝土在建筑构件、房屋的应用。 展开更多
关键词 快硬早强 3d打印混凝土 施工方法 应用
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混凝土3D打印两层办公室的施工关键技术 被引量：7
7
作者 蔺喜强 霍亮 +3 位作者 苏铠 李国友 黄云 戢文占 《混凝土》 CAS 北大核心 2022年第6期161-170,174,共11页
总结两层办公室项目的原位混凝土3D打印施工关键技术。设计开发了具有模块化、高精度、多功能等技术特点大型建筑3D打印机。开发了适合现场3D打印施工的专用添加剂,现场搅拌制备出性能优良的、适合现场施工的3D打印混凝土。提出了1种打... 总结两层办公室项目的原位混凝土3D打印施工关键技术。设计开发了具有模块化、高精度、多功能等技术特点大型建筑3D打印机。开发了适合现场3D打印施工的专用添加剂,现场搅拌制备出性能优良的、适合现场施工的3D打印混凝土。提出了1种打印建筑竖向钢筋笼放置和连接方法,解决了打印混凝土结构构造柱根部节点与基础连接的施工难题。通过材料技术和自动化喷雾养护施工技术有效克服了普通硅酸盐水泥基打印材料的收缩开裂。 展开更多
关键词 原位3d打印 建筑3d打印机 3d打印混凝土 结构设计 施工技术
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3D打印再生骨料混凝土的研究进展 被引量：1
8
作者 肖力光 王一 《混凝土》 北大核心 2025年第4期1-5,共5页
近年来混凝土3D打印技术迅速发展,目前3D打印混凝土骨料多为天然砂,在增加生产成本的同时也增大了环境负担。3D打印再生骨料混凝土减少了天然砂用量,使建筑固废得到利用,降低建筑物生命周期中的碳排放量,在实现绿色环保的同时又具有一... 近年来混凝土3D打印技术迅速发展,目前3D打印混凝土骨料多为天然砂,在增加生产成本的同时也增大了环境负担。3D打印再生骨料混凝土减少了天然砂用量,使建筑固废得到利用,降低建筑物生命周期中的碳排放量,在实现绿色环保的同时又具有一定的经济效益。综述了3D打印再生骨料混凝土的研究现状和进展,分析了3D打印再生骨料混凝土的性能要求以及再生骨料对3D打印混凝土可建造性、层间黏接性、力学强度、力学各向异性和耐久性的影响,并对3D打印再生骨料混凝土的研究发展和应用做出了展望。 展开更多
关键词 3d打印再生骨料混凝土 可建造性 层间黏结性 力学各向异性 耐久性
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原位涂层钢筋增强3D打印混凝土握裹力 被引量：1
9
作者 崔宏志 曹乐乐 +1 位作者 曹香鹏 巫烁理 《建筑材料学报》 北大核心 2025年第3期210-216,共7页
为解决直接插入钢筋增强3D打印混凝土技术中的空隙问题,提出了原位涂层技术.分别使用自密实砂浆与超细灌浆水泥作为原位涂层材料,制备了原位涂层钢筋增强3D打印混凝土,研究了钢筋在混凝土中的拉拔性能.结果表明:使用水泥基材料对钢筋进... 为解决直接插入钢筋增强3D打印混凝土技术中的空隙问题,提出了原位涂层技术.分别使用自密实砂浆与超细灌浆水泥作为原位涂层材料,制备了原位涂层钢筋增强3D打印混凝土,研究了钢筋在混凝土中的拉拔性能.结果表明:使用水泥基材料对钢筋进行原位涂层,可以得到密实的钢筋-混凝土界面,与直接插入技术相比,拉拔强度得到了最大345.0%的提升;钢筋拉拔曲线符合常规的四段式.这证明使用水泥基材料的原位涂层技术可以实际应用于3D打印混凝土的加筋工艺中,并有效提升3D打印混凝土结构的力学性能及耐久性能,为混凝土3D打印技术的工程应用提供了创新方法及理论基础. 展开更多
关键词 3d打印混凝土 原位涂层 自密实砂浆 超细灌浆水泥 加筋增强技术
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玄武岩纤维对3D打印混凝土层间黏结性能的影响 被引量：1
10
作者 裴强 杨雨航 +2 位作者 钟颖竹 祁鹏飞 张禄玺 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第7期2465-2473,共9页
本文对掺加玄武岩纤维的3D打印混凝土层间黏结性能进行研究,设计并打印了玄武岩纤维掺量分别为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%(质量分数)的3D打印混凝土试件。通过流变性能、层间抗拉和层间抗剪试验,分析玄武岩纤维对3D打印混凝土宏... 本文对掺加玄武岩纤维的3D打印混凝土层间黏结性能进行研究,设计并打印了玄武岩纤维掺量分别为0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%(质量分数)的3D打印混凝土试件。通过流变性能、层间抗拉和层间抗剪试验,分析玄武岩纤维对3D打印混凝土宏观层间黏结性能的影响,并结合SEM和BET对掺加玄武岩纤维的3D打印混凝土的微观结构进行分析,讨论了微观结构对宏观层间黏结性能的影响。结果表明:相较于未掺玄武岩纤维的3D打印混凝土,掺加玄武岩纤维的3D打印混凝土的流变性能、层间抗拉强度和层间抗剪强度都得到提升;玄武岩纤维能够在水泥浆体中桥接裂缝,抑制界面区微裂缝的扩展,但玄武岩纤维掺量过高则会导致3D打印混凝土孔隙率增加,从而降低层间黏结性能;当玄武岩纤维掺量为0.6%时,3D打印混凝土的层间黏结性能显著提升,层间抗拉强度和层间抗剪强度分别达到3.51和6.26 MPa。 展开更多
关键词 玄武岩纤维 3d打印混凝土 纤维掺量 层间黏结性能 微观结构
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3D打印混凝土弧形模壳-现浇梁建造与竖向加载测试
11
作者 蒋友宝 谭捷 +2 位作者 高鹏翔 张明亮 贺昊轩 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第9期3821-3827,共7页
混凝土弧形梁在支模时往往成型精度难以保证,且制作较难造价高,而3D打印技术有着施工速度快、设计自由度高等特点,因此为解决混凝土弧形梁支模复杂等问题,对3D打印弧形模壳-现浇梁建造的有效性展开研究。根据已有3D打印混凝土配合比和... 混凝土弧形梁在支模时往往成型精度难以保证,且制作较难造价高,而3D打印技术有着施工速度快、设计自由度高等特点,因此为解决混凝土弧形梁支模复杂等问题,对3D打印弧形模壳-现浇梁建造的有效性展开研究。根据已有3D打印混凝土配合比和工艺参数,设计和打印了3根3D打印弧形梁模壳,并测量了打印成型精度;模壳内部配置钢筋笼并现浇混凝土材料,制作出3D打印混凝土弧形模壳-现浇梁;对梁试件进行竖向加载测试,验证该建造方式的有效性。结果表明:3D打印弧形模壳实体与三维模型尺寸基本一致,中部误差最大为4%,且整体打印质量和成型质量较好;竖向加载下,3根3D打印弧形模壳-现浇梁试件破坏形态相似;弧形模壳和现浇梁之间设有加固筋的梁试件的开裂荷载和极限承载力得到显著提高,其中极限荷载提升幅度约25%。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 模壳 加固筋 开裂荷载 极限荷载
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3D打印再生混凝土孔隙缺陷构型与受力特性 被引量：2
12
作者 朱超 李欣 +2 位作者 刘超 刘化威 王智慧 《建筑材料学报》 北大核心 2025年第8期725-732,共8页
为探究3D打印再生混凝土孔隙缺陷与受力特性之间的量化关系,以不同再生砂取代率的3D打印再生混凝土为研究对象,探究了其抗压强度、挤压孔隙缺陷构型等特征参数及其内在关联;提出了3D打印再生混凝土挤压孔隙-分层模型,建立了抗压强度与... 为探究3D打印再生混凝土孔隙缺陷与受力特性之间的量化关系,以不同再生砂取代率的3D打印再生混凝土为研究对象,探究了其抗压强度、挤压孔隙缺陷构型等特征参数及其内在关联;提出了3D打印再生混凝土挤压孔隙-分层模型,建立了抗压强度与挤压孔隙缺陷之间的计算式。结果表明,不同方向打印体孔隙缺陷的尺寸、形态、分布方式等构型特征是导致3D打印再生混凝土各向异性受力的根本原因,且再生砂特性直接影响了孔隙缺陷构型的形成和发展。 展开更多
关键词 3d打印再生混凝土 孔隙缺陷构型 受力特性 各向异性
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3D打印混凝土流动度稳定控制策略设计
13
作者 韩怡萱 马宗方 +3 位作者 贺静 宋琳 刘超 崔衡 《工程设计学报》 北大核心 2025年第3期308-315,共8页
3D打印混凝土流动度的稳定控制对于提高打印构件的成形质量具有重要意义。现有的打印精度提升途径主要集中在混凝土材料特性优化、打印设备机械结构优化和打印工艺参数优化等方面。但事实上,混凝土流动度稳定与否直接影响打印质量。为此... 3D打印混凝土流动度的稳定控制对于提高打印构件的成形质量具有重要意义。现有的打印精度提升途径主要集中在混凝土材料特性优化、打印设备机械结构优化和打印工艺参数优化等方面。但事实上,混凝土流动度稳定与否直接影响打印质量。为此,从控制角度出发,首先分析了混凝土流动度与打印精度的关系,提出了3D打印混凝土流动度稳定控制系统结构;然后,设计了一种基于PSO (particle swarm optimization,粒子群优化)算法的PID (proportional-integral-derivative,比例-积分-微分)控制策略,可实现控制参数实时在线多次优化,提升了3D打印混凝土流动度稳定控制性能。最后,通过仿真分析和打印实验验证了所设计的PSO-PID控制策略的可行性和优越性。仿真结果表明,PSO-PID控制策略可满足混凝土流动度稳定控制的要求;实验结果表明,PSO-PID控制策略能保证混凝土连续、均匀地挤出,有效提升了打印构件的成形精度。所提出的方法通过实时控制机械参数实现了混凝土流动度的稳定控制,可为3D打印混凝土技术的工程应用提供技术支撑。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 流动度 粒子群优化算法 PId控制策略 打印精度
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3D打印混凝土流变性及可打印性研究进展
14
作者 武喜凯 史庆轩 赵宇 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期671-681,共11页
3D打印混凝土技术提高了施工效率,减少了原材料及人工机械的损耗,并满足人们对复杂几何形状的定制需求,有望成为一种更具备可持续性的建造方法.优良的可打印性是3D打印混凝土实现工程应用的前提,因此,对可打印性能的表征和优化成为3D打... 3D打印混凝土技术提高了施工效率,减少了原材料及人工机械的损耗,并满足人们对复杂几何形状的定制需求,有望成为一种更具备可持续性的建造方法.优良的可打印性是3D打印混凝土实现工程应用的前提,因此,对可打印性能的表征和优化成为3D打印混凝土领域的研究热点之一.基于以上背景,从3D打印混凝土的打印工艺、流变性能演化规律及可打印性要求、可打印性表征以及外加剂(黏度改性剂和速凝剂)对可打印性影响4个方面的研究现状进行总结、评述和展望. 展开更多
关键词 3d打印混凝土 打印工艺 流变性能 可打印性
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3D打印混凝土的长期性能研究进展
15
作者 张大旺 许晓光 李辉 《材料导报》 北大核心 2025年第13期114-126,共13页
与传统的浇筑混凝土相比,3D打印混凝土(3DPC)施工技术因具有绿色环保和无模板化施工的特点,可提高施工效率和安全性,近年来在建筑行业广受青睐。然而,由于逐层打印过程中形成的薄弱层——层间冷缝,其孔隙含量较高,层间缺陷增加,可能导... 与传统的浇筑混凝土相比,3D打印混凝土(3DPC)施工技术因具有绿色环保和无模板化施工的特点,可提高施工效率和安全性,近年来在建筑行业广受青睐。然而,由于逐层打印过程中形成的薄弱层——层间冷缝,其孔隙含量较高,层间缺陷增加,可能导致抗冻性问题。同时3DPC独特的养护制度(经打印沉积后暴露于高蒸发率的干燥环境中)导致混凝土失水速率加快,产生收缩裂缝,加速混凝土劣化开裂。上述问题势必会对服役于严酷外部环境中的打印构件的长期性能产生不利影响,这一问题已成为3D打印混凝土大规模商业化的瓶颈之一。本文对影响3DPC耐久性的流变参数、打印参数、固化方式、孔隙率、孔隙连通性因素等进行详细综述。鉴于在长期服役过程中,抗冻融破坏和早期收缩开裂性能对3DPC耐久性的影响更为显著,本文着重分析了3DPC的抗冻融循环、早期收缩性的演变过程,为解决工程中出现的耐久性问题提供有效参考,同时提供一些可行性建议、措施,避免或缓解实际应用中所面临的问题,以期推动本行业的快速发展。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 流变特性 孔隙结构 抗冻性 收缩性 固化方式
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3D打印混凝土界面孔隙智能检测方法研究
16
作者 曾妮 马宗方 +1 位作者 宋琳 段明 《工程设计学报》 北大核心 2025年第1期11-22,共12页
目前,3D打印混凝土领域仍存在诸多问题,严重制约了其大规模工业化生产与应用。其中,孔隙为最常见缺陷,亟须发展相关检测技术,以提高混凝土的打印质量。针对现有3D打印混凝土界面孔隙检测方法主要依赖人的主观经验,且存在耗时长、成本高... 目前,3D打印混凝土领域仍存在诸多问题,严重制约了其大规模工业化生产与应用。其中,孔隙为最常见缺陷,亟须发展相关检测技术,以提高混凝土的打印质量。针对现有3D打印混凝土界面孔隙检测方法主要依赖人的主观经验,且存在耗时长、成本高和计算资源耗费量大等缺陷,引入基于深度学习的目标检测算法,提出了一种轻量级的孔隙智能检测方法。首先,利用传统图像处理算法对3D打印混凝土界面孔隙图像进行预处理,并构建适用于目标检测算法的孔隙图像数据集;同时,基于所构建数据集的特点对锚框计算方法进行优化,以获取更适合界面孔隙目标的锚框,从而提升检测准确度。然后,在检测方法的主干网络中,利用ShuffleNetv2网络进行多尺度特征提取,并去掉部分网络以降低网络深度和减少计算参数量,从而提高孔隙检测效率。最后,在特征提取网络中融合极化自注意力机制模块,在保持高分辨率的同时增强对孔隙目标的关注度,以提高检测精度。实验结果表明,所提出的方法能够有效完成3D打印混凝土界面孔隙的智能化检测,通过与多种检测算法对比,发现该方法的多个性能指标均有所提升,检测效率提升显著。研究结果可为后续混凝土的质量控制和性能评估提供一定的数据支持。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 孔隙检测 ShuffleNetv2 自注意力机制 多尺度特征融合
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3D打印混凝土抗侵彻仿真模型
17
作者 周捷航 杜龙雨 +2 位作者 赖建中 尹雪祥 杨明宇 《华南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第8期137-148,共12页
3D打印混凝土是一种极具潜力的新型建造技术,具备在军事领域的潜在应用价值。作为其在军事领域应用的前提,3D打印混凝土应具备良好的抗冲击性,从而为军事设施和人员提供可靠的防护。目前,针对3D打印混凝土抗冲击性能的实验研究开展受限... 3D打印混凝土是一种极具潜力的新型建造技术,具备在军事领域的潜在应用价值。作为其在军事领域应用的前提,3D打印混凝土应具备良好的抗冲击性,从而为军事设施和人员提供可靠的防护。目前,针对3D打印混凝土抗冲击性能的实验研究开展受限于成本问题。因此,使用数值模拟技术能够提高研究效率,降低研究成本,并反映3D打印混凝土的失效过程和损伤情况。但目前3D打印混凝土的数值模拟技术没有考虑其独特的界面结构,从而无法完整地反映3D打印混凝土的力学特征。该研究根据氯离子渗透实验结果,定量表征了3D打印混凝土的界面区域占比,以此为依据结合前期力学性能研究建立了3D打印混凝土的抗侵彻数值仿真模型,并进一步研究其失效行为。通过与侵彻实验结果进行对比发现,3D打印混凝土的数值仿真模型的侵彻深度误差在4%以内,证明其具备良好的模拟精度。3D打印混凝土靶体在侵彻过程中具有损伤集中在界面处的特点,且界面处的能量吸收量要大于非界面区域。随着弹速提高和靶体强度的提高,弹体可能在侵彻过程中发生解体,从而使得侵彻深度突然降低,并进一步影响侵彻过程中的弹体速度变化规律。通过界面强化、改善3D打印工艺、添加高强骨料等措施,能够有效降低3D打印混凝土靶体的侵彻破坏深度,从而提升其抗侵彻性能。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 氯离子渗透 侵彻破坏 数值模拟
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3D打印混凝土砌体抗剪性能试验与数值模拟研究
18
作者 孙浩浩 王一菲 +3 位作者 刘化威 武怡文 王有强 刘超 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第8期2814-2822,共9页
作为建筑工业化转型的重要支撑,3D打印混凝土砌体(3DPCM)结构的抗剪性能研究不足,缺乏结构设计理论,这制约了3D打印混凝土技术的规模化应用。为研究3DPCM的抗剪性能及其影响因素,设计两种斜向肋条空腔结构的3DPCM,分析3DPCM在剪切荷载... 作为建筑工业化转型的重要支撑,3D打印混凝土砌体(3DPCM)结构的抗剪性能研究不足,缺乏结构设计理论,这制约了3D打印混凝土技术的规模化应用。为研究3DPCM的抗剪性能及其影响因素,设计两种斜向肋条空腔结构的3DPCM,分析3DPCM在剪切荷载作用下的破坏模式与强度。基于Cohesive黏聚力单元建立同比例有限元模型,系统探讨混凝土材料强度、空腔结构形式及层间界面黏结强度参数对3DPCM抗剪性能的影响。结果表明,两种空腔结构的3DPCM均以双剪破坏为主,斜向肋条数量增加可显著提升抗剪强度。数值模拟分析表明:层间黏结强度对抗剪性能影响显著,且呈正相关;空腔结构中的斜向肋条分布越均匀、抗剪截面面积越大,抗剪强度越高。研究结果可为3D打印混凝土结构设计提供理论依据。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 砌体结构 抗剪性能 有限元模拟 空腔结构
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考虑自支撑临界角的3D打印混凝土球壳结构拆分方法与成形实验
19
作者 李胤贤 蒋友宝 +1 位作者 刘艳 高鹏翔 《工程设计学报》 北大核心 2025年第2期151-158,168,共9页
为实现3D打印混凝土球壳结构的无支撑建造,提出了一种基于自支撑临界角的结构拆分方法。该方法将结构拆分问题转化为单目标优化问题,并根据改进遗传算法和动态优化拆分策略,寻求得到较为简便、可行的球壳结构拆分方案。基于所获得的拆... 为实现3D打印混凝土球壳结构的无支撑建造,提出了一种基于自支撑临界角的结构拆分方法。该方法将结构拆分问题转化为单目标优化问题,并根据改进遗传算法和动态优化拆分策略,寻求得到较为简便、可行的球壳结构拆分方案。基于所获得的拆分方案,可将球壳结构拆分成若干个可自支撑打印的单元,对拆分单元逐一打印后完成整体结构的拼接。对于混凝土球壳结构而言,随着材料自支撑临界角的增大,拆分单元数量增加。为降低拆分单元数量过多对球壳结构后续连接及整体性能的不利影响,混凝土材料的自支撑临界角不宜过大。现场成形实验结果表明,基于所提出的方法可实现3D打印混凝土球壳结构的有效拆分,在打印过程中能够避免结构支模工作,提高了建造效率。 展开更多
关键词 3d打印混凝土 球壳结构 自支撑临界角 遗传算法 结构拆分
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纤维对3D打印UHPC流变性能和力学性能的影响
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作者 赵宇 王哲 朱伶俐 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第8期2823-2838,共16页
超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有超高的强度及出色的耐久性能,然而,UHPC的低水胶比及掺加纤维等因素,使得其流动性能欠佳,进而影响3D打印超高性能混凝土(3D printing of ultra-high performance concrete,3DP... 超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有超高的强度及出色的耐久性能,然而,UHPC的低水胶比及掺加纤维等因素,使得其流动性能欠佳,进而影响3D打印超高性能混凝土(3D printing of ultra-high performance concrete,3DP-UHPC)在打印过程中的可挤出性能和可建造性能。为了制备适用于高温环境下的3DP-UHPC,本文探究了不同长度、掺量的钢纤维和不同掺量的聚丙烯纤维对3DP-UHPC流变性能、早期力学性能、硬化后力学性能的影响,为后续高温测试提供前期理论依据。结果表明,钢纤维长度是影响可挤出性能的关键因素,钢纤维和聚丙烯纤维的掺量是影响可建造性能的关键因素。随着聚丙烯纤维掺量的增加,湿坯强度逐渐降低,和静态屈服应力发展趋势相同。3D打印工艺约束了钢纤维沿打印方向的定向排列,使打印试块抗折强度较传统浇筑试块提升较高,且孔隙分布呈现差异化特征。 展开更多
关键词 3d打印超高性能混凝土 钢纤维 流变性能 湿坯强度 硬化后力学性能 三维孔隙分析
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