助力學術｜天津大學開展拓撲優化鋼管相貫節點研究，融速科技助力支持

近日，天津大學王中興副研究員等人圍繞鋼管相貫節點拓撲結構優化展開系列研究，融速科技在此次研究中提供技術支持，完成了電弧增材制造鋼管相貫節點樣件的打印。

01電弧增材解構鋼節點制造新難題

鋼管相貫節點因其造型美觀，受力性能良好、自重較輕，節點承載力較高等優勢而廣泛應用于高層建筑、大跨度空間結構及跨海橋梁結構等。鋼管相貫節點作為建筑鋼結構中的關鍵部件，其一般由多個不同朝向、不同尺寸的鋼管組成。

目前，鋼管相貫節點的制造方法主要為焊接和鑄造兩種，然而，受限于鋼管相貫節點的結構特點，對于一些復雜的連接而言，焊接方法存在難以控制質量的問題。同時，采用鑄造方法需要額外的模具制造，整體制造流程和制造周期較長，成本較高。電弧增材制造（Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM）技術針對這一問題提供了一種創新的解決方案。相較于其他金屬增材制造技術，電弧增材制造技術由于具有沉積速率高、制造成本低、成形尺寸不受限、設計自由度高，能夠實現復雜結構構件的制造等優勢，被認為是適合建筑行業需求的金屬增材制造技術。電弧增材制造技術在建筑領域中已有應用，主要為一些形狀復雜、優化的連接節點、桁架結構和大尺寸的人行橋等結構構件。

然而，由于特殊的制造方式，電弧增材制造材料呈現出一定程度的不同于傳統方法制造材料的力學性能和更大程度的幾何不規則性，這導致電弧增材制造構件不同于傳統方法制造構件的結構性能，因此需要進行更多的試驗研究和理論分析，并建立相應的適用于電弧增材制造構件的設計方法。

02拓撲優化相貫節點結構研究

天津大學王中興副研究員等人針對電弧增材制造相貫節點，主要從兩方面開展試驗研究和理論分析：

（1）標準幾何形狀的相貫節點研究：進行了電弧增材制造與傳統方法制造相貫節點的靜力試驗，分析和比較了電弧增材制造構件與傳統構件的差異，以驗證現有設計規范的適用性和準確性。

（2）優化幾何形狀的相貫節點研究：利用電弧增材制造技術在制造復雜和輕量化結構構件方面的優勢，并結合拓撲優化方法，進行了電弧增材制造拓撲優化相貫節點的靜力試驗，從而實現材料利用率、結構性能和功能等方面的提升。目前，相關成果正在整理。

融速科技擁有成熟的激光送絲增材和電弧增材技術，自主研發激光送絲增材設備Laser One和電弧增材設備STAR系列，具備提供一站式DED金屬送絲增材打印服務的能力，已和數十家國內外大學及研究機構展開合作，為相關研究實驗提供技術支持。