[发明专利]一种张拉整体结构平衡形态确定方法

说明书

本发明公开了一种张拉整体结构平衡形态确定方法，包括：确定所述张拉整体结构承受的临界弯矩；计算纵拉杆的张力；计算纵向受压构件的压力；计算所述纵拉杆的拉伸长度，计算所述纵拉杆的无应力长度；计算所述纵向受压构件的压缩长度，计算所述纵向受压构件的无应力长度；计算环向受压构件的受力和径向变形；计算所述纵拉杆、所述纵向受压构件的定位长度和制作长度。本发明提出的方法，可以快速有效确定预应力平衡形态应力、拉压构件无应力长度，为制作安装提供依据；预应力水平合理可行，可满足结构整体受力要求；确定拉压构件长度和制作长度，容易实现张拉整体结构集成，保证预应力平衡形态力学特性；所述方法简洁、高效、计算量小、易实现。

技术领域

本发明涉及工程结构设计分析领域，尤其涉及一种张拉整体结构平衡形态确定方法。

背景技术

张拉整体结构是由分离的受压构件和连续的受拉构件组成的张力自平衡系统，具有最少的总构件数、最少的受压构件、最低的冗余度和机构自由度，质量超轻，充分发挥材料强度，是目前航空航天、建筑结构、雕塑艺术、智能机器人、分子结构生物学等众多工程技术和前沿交叉领域的研究热点。

张拉整体结构的形态和刚度是靠预应力保持和产生，而平衡形态是基础，因此，平衡形态的预应力计算、确定一直就是张拉整体结构研究的核心问题，需要解决两个问题：第一，如何计算确定一组合理可行的预应力；第二，这组预应力如何可以有效产生。

预应力计算通常采用基于平衡形态的平衡矩阵分解，求解自应力模态，再组合，并经过刚度或重量目标优化确定。Pellegrino等建立了较完善的平衡矩阵分析理论方法。但是，自应力并不一定合理，因此，提出了可行预应力概念。袁行飞等利用结构的几何对称性，提出了整体可行预应力的概念和求解该模态的二次奇异值法。陈务军等建立了索杆张力的无应力状态确定方法，并建立了应力导入分析方法及有效性分析，以及基于张量范数的向量投影方法。但是，这些方法都很复杂，需要专业化的软件才能分析。

中国专利201910275705.7“一种大尺度半刚性结构飞艇”，发明了一种由张拉整体龙骨作为主要结构体系的半刚性结构飞艇。中国专利201910275699.5“一种压杆接触型张拉整体结构与集成及张力施加方法”，提出了张拉整体龙骨构成、集成方法。但是，对平衡形态预应力计算及确定方法没有明确。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种张拉整体结构平衡形态确定方法，可以快速、准确、合理确定预应力值、构件定位尺寸、张力导入措施。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何快速、准确、合理确定预应力值、构件定位尺寸、张力导入措施。

为实现上述目的，本发明提供了一种张拉整体结构平衡形态确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10确定所述张拉整体结构承受的临界弯矩；

S20计算纵拉杆的张力；

S30计算纵向受压构件的压力；

S40计算所述纵拉杆的拉伸长度，计算所述纵拉杆的无应力长度；

S50计算所述纵向受压构件的压缩长度，计算所述纵向受压构件的无应力长度；

S60计算环向受压构件的受力和径向变形；

S70计算所述纵拉杆、所述纵向受压构件的定位长度和制作长度。

进一步地，所述临界弯矩根据气动载荷、静力矩、浮力梯度矩以及美国航空管理局建议等效弯矩计算。

进一步地，所述S20包括：

S201计算第一纵拉杆的张力，其中所述第一纵拉杆为抵抗矩最大截面的纵拉杆；

S202依次递推计算其他所述纵拉杆的张力。