13、人工太湖石与外骨骼定制设计的创新探索

人工太湖石与外骨骼定制设计的创新探索

人工太湖石设计研究

太湖石作为中国古典园林中常见的观赏石，历经数百年甚至上千年的湖水侵蚀，形成了多孔且复杂的形态，成为中国文化的象征。如今，研究人员提出了一种创新的设计方法，结合计算流体动力学（CFD）和双向进化结构优化（BESO），旨在设计新型人工太湖石。

设计方法

• 实验原理 ：“太湖石”实验展示了CFD模拟和拓扑优化（BESO）的交叉迭代过程。整个过程分为三个部分：
  1. 测试太湖湖的原始流体条件。
  2. 通过CFD模拟对原始网格进行压力分析。
  3. 基于压力分析进行拓扑优化。每次拓扑优化后，流体条件都会发生变化，从而再次从第一步开始迭代。

graph LR
    A[测试原始流体条件] --> B[压力分析]
    B --> C[拓扑优化]
    C --> A

• 实验环境参数 ：太湖湖平均深度为1.8米，水流方向和速度主要与盛行风有关。在湖底，风致水流方向与湖面上方风向超过90%的可能性相反，且下层水流速度相对较慢。因此，CFD模拟采用了苏州和上海（苏沪地区）盛行风向和速度所确定的太湖湖底常年水流方向和速度数据。此外，水的酸度对太湖石等石灰石的侵蚀很重要，文中将水中酸直接腐蚀并被水流冲走的部分作为随机比例参数进行计算。
• 特殊参数测试