裁剪分析的内容

文章来源:天禧膜官网 发表时间:2018-06-07

 


  上面已经提到,膜结构的分析包括三大方面内容,即形状确定(Form Finding)、荷载分析(Loading Case Analysis)和裁剪分析(Cutting Pattern)。裁剪分析,就是将由找形得到并经荷载分析复核的空间曲面,转换成无应力的平面下料图。裁剪分析包含三个步骤:

  (1)空间膜面剖分成空间膜条

  膜结构是通过结构来表现造型,空间膜面在剖分成膜条时,要充分考虑膜条的边线即热合缝对美观的影响;同时膜材是正交异性材料,为使其受力性能最佳,应保证织物的经、 纬方向与曲面上的主应力方向尽可能一致;此外,用料最省、缝线最短,也是进行膜面剖分必须考虑的因素。

  (2)空间膜条展开成平面膜片

  空间膜条展开成平面膜片,即将膜条的三维数据转化成相应的二维数据,采用几何方法,简单可行。但如果膜条本身是个不可展曲面,就得将膜条再剖分成多个单元,采用适当的方法将其展开。此展开过程是近似的,为保证相邻单元拼接协调,展开时要使得单元边长的变化为极小。

  (3)应力状态转化到无应力状态

  从应力状态到无应力状态的转化,即释放预应力、进行应变补偿。膜结构是在预应力状态下工作的,而平面膜材的下料是在无应力状态下进行的,为确定膜材的下料图,需对膜片释放预应力,并进行应变补偿。这里的补偿实际上是缩减,在此基础上加上热合缝的宽度,即可得膜材的下料图。

  上述过程,即为裁剪分析。

  4.2 测地线裁剪法

  裁剪分析与找形技术的产生及发展过程极为相似,都是从测量实物模型开始的,对于简单规则的可展曲面,可直接利用几何方法将其展开。现代概念上的裁剪分析,主要还是依赖于计算机技术的发展而发展的。在此过程中,产生了许多方法,如测地线法、有限元法、优化分析法,等等。下面介绍被广泛应用的测地线法 (Geodesic Line Method) 

  测地线又称短程线,是大地测量学的概念,其通常被理解为:经过曲面上两点并存在于曲面上的最短的曲线。所以用测地线作裁剪分析,就是以测地线来剖分空间膜面。这样做的好处是热合缝最短、用料较省,但热合缝的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。

  求曲面上的测地线的问题,实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之泛函极值的问题。由于膜结构几何外形的新奇多变,也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式,所以通常是求极值确定测地线上的若干点,再用线性插值的方法求中间点,从而求得测地线。 

  有了测地线就可以确定裁剪线:直接以测地线为裁剪线或从一条测地线向另一条测地线作垂线,以垂线中点的连线作为裁剪线。

  4.3 应变补偿

  膜结构是在预张力作用下工作的,而膜材的裁剪下料是在无应力状态下进行的,因而在确定裁剪式样时,有一个对膜材释放预应力、进行应变补偿的问题。影响膜材应变补偿率的因素可归纳为以下几个方面:

  (1)膜面的预应力值及膜材的弹性模量和泊松比,这是影响应变补偿率的最直接因素。

  (2)主应力方向与膜材经、纬向纤维间的夹角,这一问题变的重要是因为膜材是正交异性材料。

  (3)热合缝及补强层,热合缝及补强层的性能不同于单层膜,其应变补偿应区别对待。

  (4)环境温度及材料的热应变性能,尤其是双层膜结构环境温度相差较大时,要特别注意

 

 

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