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停車棚膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析

信息來源:www.4yourcomforthvac.com 發(fā)表時間:[2014-4-14 10:13:25]

停車棚膜結(jié)構(gòu)的分析包括三大方面內(nèi)容,即形狀確定

(FormFinding)、荷載分析(LoadingCaseAnalysis)和裁剪分析(CuttingPattern)。裁剪分析,就是將由找形得到并經(jīng)荷載分析復(fù)核的空

間曲面,轉(zhuǎn)換成無應(yīng)力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟:

 1空間膜面剖分成空間膜條

停車棚膜結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)造型,空間膜面在剖分成膜條時,要充分考慮膜條的邊線熱合縫對美觀的影響;同時膜材是正交異性材料,為使其受力性能最佳,應(yīng)保證織物的經(jīng)、緯方向與曲面上的主應(yīng)力方向盡可能一致;此外,用料最省、縫線最短,也是進(jìn)行膜面剖分必須考慮的因素。

 2空間膜條展開成平面膜片

空間膜條展開成平面膜片,即將膜條的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二維數(shù)據(jù),采用幾何方法,簡單可行。但如果膜條本身是個不可展曲面,就得將

膜條再剖分成多個單元,采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵湔归_。此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協(xié)調(diào),停車棚膜結(jié)構(gòu)​展開時要使得單元邊長的變化為極小。

3應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化到無應(yīng)力狀態(tài)

從應(yīng)力狀態(tài)到無應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)化,即釋放預(yù)應(yīng)力、進(jìn)行應(yīng)變補(bǔ)償。膜結(jié)構(gòu)是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下工作的,而平面膜材的下料是在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行

的,為確定停車棚膜結(jié)構(gòu)的下料圖,需對膜片釋放預(yù)應(yīng)力,并進(jìn)行應(yīng)變補(bǔ)償。這里的補(bǔ)償實(shí)際上是縮減,在此基礎(chǔ)上加上熱合縫的寬度,即可得膜材的下料圖。上述過程,即為裁剪分析。

1.測地線裁剪法

裁剪分析與找形技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展過程極為相似,都是從測量實(shí)物模型開始的,對于簡單規(guī)則的可展曲面,可直接利用幾何方法將其展開。現(xiàn)

代概念上的裁剪分析,停車棚膜結(jié)構(gòu)​主要還是依賴于計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。在此過程中,產(chǎn)生了許多方法,如測地線法、有限元法、優(yōu)化分析法,等等。下面介紹被廣泛應(yīng)用的測地線法(GeodesicLineMethod)。

測地線又稱短程線,是大地測量學(xué)的概念,其通常被理解為:經(jīng)過曲面上兩點(diǎn)并存在于曲面上的最短的曲線。所以用測地線作裁剪分析,就是

 

以測地線來剖分空間膜面。這樣做的好處是熱合縫最短、用料較省,但熱合縫的分布及停車棚膜結(jié)構(gòu)​材料經(jīng)、緯方向的考慮不易把握。

求曲面上的測地線的問題,實(shí)際上是一個求曲面上兩點(diǎn)間曲線長度之泛函極值的問題。由于膜結(jié)構(gòu)幾何外形的新奇多變,也就無法得到曲面上兩點(diǎn)間曲線長度的泛函的顯式,所以通常是求極值確定測地線上的若干點(diǎn),再用線性插值的方法求中間點(diǎn),從而求得測地線。有了測地線就可以確定裁剪線:直接以測地線為裁剪線或從一條測地線向另一條測地線作垂線,以垂線中點(diǎn)的連線作為裁剪線。

 

 

2.應(yīng)變補(bǔ)償

停車棚膜結(jié)構(gòu)是在預(yù)張力作用下工作的,而膜材的裁剪下料是在無應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的,因而在確定裁剪式樣時,有一個對膜材釋放預(yù)應(yīng)力、進(jìn)行應(yīng)變

補(bǔ)償?shù)膯栴}。影響膜材應(yīng)變補(bǔ)償率的因素可歸納為以下幾個方面:

(1)膜面的預(yù)應(yīng)力值及膜材的彈性模量和泊松比,這是影響應(yīng)變補(bǔ)償率的最直接因素。

(2)主應(yīng)力方向與膜材經(jīng)、緯向纖維間的夾角,這一問題變的重要是因?yàn)橥\嚺锬そY(jié)構(gòu)是正交異性材料。

(3)熱合縫及補(bǔ)強(qiáng)層,熱合縫及補(bǔ)強(qiáng)層的性能不同于單層膜,其應(yīng)變補(bǔ)償應(yīng)區(qū)別對待。

(4)環(huán)境溫度及材料的熱應(yīng)變性能,尤其是雙層停車棚膜結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度相差較大時,要特別注意。

在荷載分析中,在每一荷載增量步中對所有的單元進(jìn)行逐一判別,如發(fā)現(xiàn)褶皺單元,可按以下方法處理:

(1)修改單元剛度:減小褶皺單元對結(jié)構(gòu)總體剛度的貢獻(xiàn),即修改褶皺單元的剛度矩陣,從而減小自身的實(shí)際荷載分擔(dān),結(jié)果是增加了相臨單

元的負(fù)擔(dān)。

(2)修改結(jié)構(gòu)剛度:回到找形階段,對曲面進(jìn)行修正,即通過修改局部區(qū)域的邊界條件或調(diào)整預(yù)應(yīng)力的方法來修正結(jié)構(gòu)的剛度。

 常用的停車棚膜結(jié)構(gòu)幾何非線性荷載分析軟件有:美國ANSYS,德國EASY(EasyScan)、意大利Forten32、新加坡WinFabric,英國InTENS等等

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