停車棚膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析

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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