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      膜結構景觀中膜材的裁剪分析
      編輯:山東雙天金屬制品有限公司   時間:2020-10-19

        索與膜結構的裁剪分析是索與膜結構設計中的一項關健技術。對于索結構部分就是尋找無應力長度的分析過程,本文著重就膜結構景觀中膜材的裁剪分析進行討論。

        膜的裁剪分析就是在考慮預應力的施加分區、薄膜材料的性能、幅寬及單元剖分策略的前提下,尋找合適的裁剪線位置及其分布,確定裁剪式樣,計算二維膜材的裁剪下料圖的過程。設計出合適的裁剪下料圖后,就可以據其通過拼接、張拉生成膜結構的空間曲面。如果裁剪分析不當,將較大地改變膜結構景觀中原來的應力分布,或者膜材出現褶皺,改變結構的初始形狀和受力性能。因此如何使用二維膜材近似拼接空間曲面是膜結構設計過程中的一個關鍵問題,須重視對膜結構景觀膜材裁剪技術的研究。

        對于裁剪分析來說,除了單向彎曲曲面外,每個平面膜材的幾何確定過程都是近似的。由于膜結構在尺寸、曲率、材料剛度等方面變化相當大,而裁剪分析的誤差又與之息息相關,使得目前各裁剪方法的應用均受到一定程度的制約。因此很難對不同的裁剪方法進行相對近似程度的比較,而只能比較其適用性與有用性。

        現有的研究裁剪工作都是基于形狀判定與荷載分析以后的特定幾何形態進行的,所以在裁剪分析中須考慮初始預應力造成的膜材經、緯方向的伸長對裁剪下料圖的影響。膜結構景觀是張拉結構的一種,其整體的剛度主要有初始的預應力來提供,而單片膜材的裁剪和拼接是在無應力狀態下進行的,因此在裁剪過程須把膜材由空間的預應力狀態還原為平面的無應力狀態。但是當膜結構中的預應力趨于0時,結構的整體剛度很小,此時建立的非線性方程組可能是病態的,這時就會遇到病態方程組求解的問題。目前怎樣把膜材由預應力的狀態還原成為無應力的狀態是膜材裁剪分析之中的一個難點。

        裁剪分析方法總的來說分為三大類即物理模型方法、兒何模型方法、力學模型方法。伴隨計算機技術之發展,力學模型方法以其靈活、迅速、準確的特點,已成為膜結構景觀膜材裁剪分析發展與應用的主要領域,目前比較成熟熱的力學模型方法主要有∶力密度法、動力松池法、動態規劃法等。

        下期,我們再對這三種方法進行分述,敬請期待。

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