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        停車棚膜結構的裁剪分析

        信息來源:www.xjlysw.com 發表時間:[2014-4-14 10:13:25]

        停車棚膜結構的分析包括三大方面內容,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荷載分析復核的空

        間曲面,轉換成無應力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟:

         1空間膜面剖分成空間膜條

        停車棚膜結構是通過結構來表現造型,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,應保證織物的經、緯方向與曲面上的主應力方向盡可能一致;此外,用料最省、縫線最短,也是進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,即將膜條的三維數據轉化成相應的二維數據,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,采用適當的方法將其展開。此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協調,停車棚膜結構​展開時要使得單元邊長的變化為極小。

        3應力狀態轉化到無應力狀態

        從應力狀態到無應力狀態的轉化,即釋放預應力、進行應變補償。膜結構是在預應力狀態下工作的,而平面膜材的下料是在無應力狀態下進行

        的,為確定停車棚膜結構的下料圖,需對膜片釋放預應力,并進行應變補償。這里的補償實際上是縮減,在此基礎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的產生及發展過程極為相似,都是從測量實物模型開始的,對于簡單規則的可展曲面,可直接利用幾何方法將其展開,F

        代概念上的裁剪分析,停車棚膜結構​主要還是依賴于計算機技術的發展而發展的。在此過程中,產生了許多方法,如測地線法、有限元法、優化分析法,等等。下面介紹被廣泛應用的測地線法(GeodesicLineMethod)。

        測地線又稱短程線,是大地測量學的概念,其通常被理解為:經過曲面上兩點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構​材料經、緯方向的考慮不易把握。

        求曲面上的測地線的問題,實際上是一個求曲面上兩點間曲線長度之泛函極值的問題。由于膜結構幾何外形的新奇多變,也就無法得到曲面上兩點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,再用線性插值的方法求中間點,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,以垂線中點的連線作為裁剪線。

         

         

        2.應變補償

        停車棚膜結構是在預張力作用下工作的,而膜材的裁剪下料是在無應力狀態下進行的,因而在確定裁剪式樣時,有一個對膜材釋放預應力、進行應變

        補償的問題。影響膜材應變補償率的因素可歸納為以下幾個方面:

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

        (2)主應力方向與膜材經、緯向纖維間的夾角,這一問題變的重要是因為停車棚膜結構是正交異性材料。

        (3)熱合縫及補強層,熱合縫及補強層的性能不同于單層膜,其應變補償應區別對待。

        (4)環境溫度及材料的熱應變性能,尤其是雙層停車棚膜結構環境溫度相差較大時,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行逐一判別,如發現褶皺單元,可按以下方法處理:

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

        元的負擔。

        (2)修改結構剛度:回到找形階段,對曲面進行修正,即通過修改局部區域的邊界條件或調整預應力的方法來修正結構的剛度。

         常用的停車棚膜結構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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