膜结构裁剪设计

时间： 2022-06-27 15:16:00 次数： 111 标签:

膜结构裁剪设计
一、裁剪分析的目的是确定裁剪线和裁剪膜片，使其拼接张拉后实现初始平衡状态时的膜曲面和预张应力进行。
二、裁剪线可以采用平面相交法和测地线法予以确定。裁剪线也可采用其它有效方法。所谓平面相交法是指在形状设计得到的膜曲面上，用平面按规律地与曲面相交以求得裁剪线。这样一来确定的裁剪线具有希望得到的美观效果和视觉效果，但是由此得到的膜片幅度往往相差较大，因而耗材较多。所谓测地线法是指在形状设计得到的膜曲面上，寻找测地线作为裁剪线。测地线指曲面上两点之间距离最短的线。对于可展曲面，展开平面上的测地线是直线；对于不可展曲面，展开平面上的测地线接近直线。测地线之间的膜片幅度较为接近，因而用材经济，但是曲面上的测地线美观效果和视觉效果较差。设计时应综合考虑经济和美观两方面的因素确定裁剪线。
三、如果采用三角形直线网格描述空间膜片，那么空间膜片展开成平面的原则之一是空间膜片上的所有直线长度与平面裁剪膜片上响应长度的方差最小（长度原则）。对于不可展曲面，具有最小直线长度方差的展开平面与空间曲面在长度原则下最为接近。采用等效杆单元有限元方法可以确定具有最小直线长度方差的展开平面。空间膜片展开成平面的原则之二是空间膜片上的所有三角形网格与平面裁剪膜片上相应三角形网格的面积方差最小（面积原则）。对于不可展曲面，具有最小三角形面积方差的展开平面与空间曲面在面积原则下最为接近。采用等效板单元有限元方法可以确定具有最小面积方差的展开平面。对于可展曲面，精确展开后，直线长度的方差和三角形面积的方差都为零。裁剪片展开计算也可采用其它有效方法。
四、将空间膜片展开成平面裁剪片后，可以认为平面裁剪片各单元上具有空间膜片相应单元上的预张应力。显然，这样的应力必然使裁剪片边界节点甚至内部节点上产生不平衡力。采用动力松弛法或有限单元法，通过修正裁剪片几何可以消除这样的不平衡力。应该注意的是，计算时必须采用真实的材料参数。

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