[发明专利]一种模块化拼接的嵌套式环形张拉整体结构

说明书

本发明涉及一种张拉整体结构与可展结构技术领域，特别涉及一种可模块化拼接的嵌套式环形张拉整体结构。本发明模块化拼接的嵌套式环形张拉整体结构包括外环张拉整体单元、内环张拉整体单元和连接组件，所述连接组件将外环张拉整体单元和内环张拉整体单元连接形成具有抛物面且曲率可调的嵌套式环形张拉整体结构。外环张拉整体单元、内环张拉整体单元具有相同的拓扑结构，中心位置相同，同类构件的长度成一定比列关系。本发明通过模块化拼接的方式，提供一种带有抛物面、曲面曲率可调的、构型独特的新型环形张拉整体结构，丰富了环形张拉整体结构的连接形式。本发明可应用于天线结构、太空发电站能量转换结构等环形框架结构，应用广泛，实用性强。

技术领域

本发明涉及一种张拉整体结构与可展结构技术领域，特别涉及一种可模块化拼接的嵌套式环形张拉整体结构。

背景技术

张拉整体结构是一些离散的受压构件包含于一组连续的受拉构件中形成的稳定自平衡结构。张拉整体结构的刚度由材料刚度和几何刚度构成，预应力的大小影响几何刚度的水平。张拉整体结构的自稳定自平衡取决于其拓扑结构、节点位置和预应力分布。张拉整体结构由于轻质、可调整性强、高效等优点，受到学术和工程界的广泛关注。

张拉整体结构于20世纪40年代末由美国著建筑设计师富勒提出。张拉整体结构形式多样，有棱柱型、圆台型、之字形、平板型、星型、圆环形等，经过70多年的发展，张拉整体结构在艺术领域、建筑领域、航空航天领域、生物学领域等领域得到充分的发展和应用。。

张拉整体结构的设计方法，通常可分为基于几何特征、“找形”、模块化拼接三种。基于几何特征的结构设计方法，主要是在张拉整体结构发展早期，由建筑学家富勒、莫特罗等基于结构的几何特征提出的，如正n棱柱形张拉整体。“找形”方法，是指基于结构的力学特性，通过优化结构的几何特征如杆长或结构的拓扑结构，找到使得结构处于稳定平衡状态的几何形状，主要方法有：力密度法、平衡矩阵奇异值分解法、动力松弛法等。模块化拼接的方法，是以相同的或不同的张拉整体单元为基本的单元结构，通过增减索或杆的方式，将基本单元结构按一定的方式连接形成新的张拉整体结构。模块化拼接的方法，主要分为轴向拼接和横向拼接。剑桥学者Tibert G在其发表的论文Deployable tensegritystructures for space applications[M].Royal Institute of Technology,2002.提出了一种基于轴向拼接方法的多层棱柱形张拉整体结构。国内学者张幸锵在其论文张幸锵,袁行飞.新型三棱柱张拉整体平板结构研究[J].建筑结构,2011,41(03):24-27+77.DOI:10.19701/j.jzjg.2011.03.006.中提出了一种基于横向拼接的平板型张拉整体结构。本专利采用的结构设计方法是模块化拼接的方法，结构类型是嵌套式。

圆环形张拉整体结构由于其轻质、可折展、结构对称等特点，在航空航天领域常被用作天线的结构设计。公开号为CN 111997198 A的专利公开了一种可折展的环形张拉整体结构，当结构处于折叠状态时，体积较小便于运输；在外力驱动下，结构逐步展开至工作状态并锁定为稳态。公开号为CN 106522368 A的专利公开了一种单体间存在重叠率的圆环形张拉整体结构，结构由m个单体首尾相连环向组合而成，具有环向对称性。

目前环形张拉整体结构类型仍然较少，结构也比较复杂且缺乏带有抛物面的构型。因此，设计出一种构型简单的新型环形张拉整体结构，是一件富有意义的工作。

发明内容

本发明为克服上述背景技术存在的至少一种缺陷(不足)，提出一种通过模块化拼接的方式，公开了一种带有抛物面的、构型简单、轻质的新型环形张拉整体结构。本发明提出的可模块化拼接的嵌套式环形张拉整体结构丰富了环形张拉整体结构的连接形式。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：