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膜結構裁剪設計

時期：2022-06-27 15:16:00 點擊數：166

膜結構裁剪設計
一、裁剪分析的目的是確定裁剪線和裁剪膜片，使其拼接張拉后實現初始平衡狀態時的膜曲面和預張應力進行。
二、裁剪線可以采用平面相交法和測地線法予以確定。裁剪線也可采用其它有效方法。所謂平面相交法是指在形狀設計得到的膜曲面上，用平面按規律地與曲面相交以求得裁剪線。這樣一來確定的裁剪線具有希望得到的美觀效果和視覺效果，但是由此得到的膜片幅度往往相差較大，因而耗材較多。所謂測地線法是指在形狀設計得到的膜曲面上，尋找測地線作為裁剪線。測地線指曲面上兩點之間距離最短的線。對于可展曲面，展開平面上的測地線是直線；對于不可展曲面，展開平面上的測地線接近直線。測地線之間的膜片幅度較為接近，因而用材經濟，但是曲面上的測地線美觀效果和視覺效果較差。設計時應綜合考慮經濟和美觀兩方面的因素確定裁剪線。
三、如果采用三角形直線網格描述空間膜片，那么空間膜片展開成平面的原則之一是空間膜片上的所有直線長度與平面裁剪膜片上響應長度的方差最小（長度原則）。對于不可展曲面，具有最小直線長度方差的展開平面與空間曲面在長度原則下最為接近。采用等效桿單元有限元方法可以確定具有最小直線長度方差的展開平面。空間膜片展開成平面的原則之二是空間膜片上的所有三角形網格與平面裁剪膜片上相應三角形網格的面積方差最小（面積原則）。對于不可展曲面，具有最小三角形面積方差的展開平面與空間曲面在面積原則下最為接近。采用等效板單元有限元方法可以確定具有最小面積方差的展開平面。對于可展曲面，精確展開后，直線長度的方差和三角形面積的方差都為零。裁剪片展開計算也可采用其它有效方法。
四、將空間膜片展開成平面裁剪片后，可以認為平面裁剪片各單元上具有空間膜片相應單元上的預張應力。顯然，這樣的應力必然使裁剪片邊界節點甚至內部節點上產生不平衡力。采用動力松弛法或有限單元法，通過修正裁剪片幾何可以消除這樣的不平衡力。應該注意的是，計算時必須采用真實的材料參數。

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