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膜结构景观中膜材的裁剪分析
编辑:山东双天金属制品有限公司   时间:2020-10-19

  索与膜结构的裁剪分析是索与膜结构设计中的一项关健技术。对于索结构部分就是寻找无应力长度的分析过程,本文着重就膜结构景观中膜材的裁剪分析进行讨论。

  膜的裁剪分析就是在考虑预应力的施加分区、薄膜材料的性能、幅宽及单元剖分策略的前提下,寻找合适的裁剪线位置及其分布,确定裁剪式样,计算二维膜材的裁剪下料图的过程。设计出合适的裁剪下料图后,就可以据其通过拼接、张拉生成膜结构的空间曲面。如果裁剪分析不当,将较大地改变膜结构景观中原来的应力分布,或者膜材出现褶皱,改变结构的初始形状和受力性能。因此如何使用二维膜材近似拼接空间曲面是膜结构设计过程中的一个关键问题,须重视对膜结构景观膜材裁剪技术的研究。

  对于裁剪分析来说,除了单向弯曲曲面外,每个平面膜材的几何确定过程都是近似的。由于膜结构在尺寸、曲率、材料刚度等方面变化相当大,而裁剪分析的误差又与之息息相关,使得目前各裁剪方法的应用均受到一定程度的制约。因此很难对不同的裁剪方法进行相对近似程度的比较,而只能比较其适用性与有用性。

  现有的研究裁剪工作都是基于形状判定与荷载分析以后的特定几何形态进行的,所以在裁剪分析中须考虑初始预应力造成的膜材经、纬方向的伸长对裁剪下料图的影响。膜结构景观是张拉结构的一种,其整体的刚度主要有初始的预应力来提供,而单片膜材的裁剪和拼接是在无应力状态下进行的,因此在裁剪过程须把膜材由空间的预应力状态还原为平面的无应力状态。但是当膜结构中的预应力趋于0时,结构的整体刚度很小,此时建立的非线性方程组可能是病态的,这时就会遇到病态方程组求解的问题。目前怎样把膜材由预应力的状态还原成为无应力的状态是膜材裁剪分析之中的一个难点。

  裁剪分析方法总的来说分为三大类即物理模型方法、儿何模型方法、力学模型方法。伴随计算机技术之发展,力学模型方法以其灵活、迅速、准确的特点,已成为膜结构景观膜材裁剪分析发展与应用的主要领域,目前比较成熟热的力学模型方法主要有∶力密度法、动力松池法、动态规划法等。

  下期,我们再对这三种方法进行分述,敬请期待。

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