張拉整體結構的案例
拉力海洋中的孤島--張拉整體
Snelson's X，Kenneth Snelson，1948年
富勒突然意識到，這個結構正是他苦苦尋找的答案。富勒用“tensional”(張拉) 和“integrity”(整體) 合成的新名詞“Tensegrity” 張拉整體為其命名。
不過，幾年之后富勒對于發現張拉整體結構這件事，許多場合不再提Snelson的名字了。另一方面，K.Snelson則用“Floating Compression”概括他的作品理念。
K.Snelson 和他的張拉整體結構
其實，張拉整體結構最早可追溯到1921年。雕刻家K.約翰遜展示了一個模型，它由3根桿和8根索組成。這個模型并不具有剛度，任一根索的收縮都會使模型產生機構性位移。不過，它與后來經典的3桿9索自平衡體已經非常接近。
3桿8索的模型，K.約翰遜
Simplex單元：3桿9索的張拉整體
3桿9索的張拉整體 也叫Simplex單元。它是最簡單的張拉整體結構，看上去很像一個三棱柱擰了一個角度，每根桿件的端點都有3根索連接。索為受壓桿提供了軸向壓力，并且“固定”了桿件端點的位置。Simplex單元是許多張拉整體作品的基本組件。
特 點
張拉整體結構，是由“不連續的受壓構件” 與 “連續的受拉單元” 組成的自支承、自應力的空間結構，受壓構件之間不接觸。
Skylon tower，1951
1951年，在英國展出的Skylon tower，共計6根索，塔柱的兩端各有3根索 ，下方的3根索固定了結構位置，而上部的3根則讓塔柱結構保持豎直。
張拉整體結構屬于臨界受力體系，結構剛度由預應力提供。
展開 基于ANSYS的整體張拉索膜結構荷載CAE分析
1 前言
索膜結構造型優美，富于時代氣息，從其誕生起，就得到了工程界的廣泛重視并且得到了長足的發展。整體張拉索膜結構是一種依靠膜自身的張力以及拉索共同組成的結構體系，該類結構主要由張拉索和上覆膜材料組成，其中拉索分為谷索、脊索和其他輔助索等，在此類結構中膜單元可以得到充分張拉，能夠承受一定荷載。由于張拉索膜結構體型輕盈，造型美觀，材料利用率極高，特別適合于大跨度建筑，因而在體育館、美術館、機場等大跨結構屋蓋工程中得到應用。例如1967年蒙特利爾世博會德國館就是最早的張拉索膜結構，它由8根高低錯落的桅桿支撐起索網結構，在索網上張拉高強度膜材料。另外1988年美國建成的圣迭戈會議中心展覽廳，以及1993年建成的新丹佛國際機場（見圖1）等均采用了整體張拉索膜結構。
圖一 新丹佛國際機場
索膜結構是一種柔性張拉結構，結構自身剛度不能維持一個穩定的初始平衡形狀，依靠預應力提供的幾何剛度對結構內部的機構位移進行約束，賦予結構一定的初始形狀，構成自平衡體系，從而使體系可以成為結構。索膜結構具有強烈的幾何非線性特點，使其具有不同于其他結構的分析和設計方法，因此膜結構的找形和受載分析逐漸成為國內外研究的熱點。ANSYS作為工程模擬的大型通用有限元計算軟件，經過幾十年的發展，在理論和算法上都趨于成熟，特別是在結構非線性（包括幾何非線性和材料非線性）的求解分析方面具有獨特的優越性，可以考慮大變形效應、應力剛化效應、預應力效應等，并且可對結構進行模態分析、瞬態動力分析、諧響應分析等動力分析，因此基于ANSYS的索膜結構分析和研究越來越受到科研人員和設計公司的重視。本文結合某一實際工程的算例分析來闡述ANSYS軟件在整體張拉索膜結構體系設計研究中的應用。
展開 abaqus張拉整體仿真案例 ￥10
張拉整體是一種常見且有趣的結構，abaqus張拉整體仿真案例可以幫助大家更好理解張拉整體結構，有感興趣的小伙伴可以購買它。
一個“懸浮”杯墊，讓你愛上喝水
整個結構沒有任何硬桿支撐，只靠幾根軟線，就撐起了水杯，牛頓乍一看可能都會一愣。我自己很滿意，每多看10看，總能多喝2口水。
制作方法也很簡單，只需紙殼、細線和膠帶。我反復計算后設計了一個合適的尺寸，包括2個長方形、2個折形和2個圓形。
裁剪下來，用針扎孔，把長方形彎成圓圈，用膠布貼好，連上細線，再插上折形，也用細線連接，最后加蓋封印，這就做成了，力學的美躍然桌上。
大家知道，軟繩并不能提供支撐力，那么它是如何靠軟繩撐起整個結構的？其實這是著名的張拉整體結構，由美國建筑師富勒在上世紀六十年代提出。對就是C60 “富勒烯”的那個富勒，也是發明網格穹頂結構的那個富勒。關于張拉整體結構是如何受力平衡的，其實中學物理考過的，當時分析起來有點兒燒腦。
不過現在咱有工具了，用計算機建個模方便更直觀地理解，想要托起上面重物，本來需要硬桿提供向上的支撐力，但它利用這樣一個彎折結構，成功將上下兩部分整體的受力點上下對調了，這樣頂部下壓時，需要的便是向上的拉力與之平衡了，這就是張拉整體結構的精髓，巧妙地將原本需要的支撐力轉化成了拉力。起主要作用的就是中間這根細線，而周圍這些線主要起平衡作用。
我用天洑國產結構仿真軟件AIFEM做了個靜力學仿真，紅色和綠色代表大于0，是拉力，越紅拉力越大，放水杯后整體重心如果剛好中間在細線上方，則只有中間線受力，周圍線都不受力，而如果杯子放歪了，比如偏向右側，它就有一個向右的傾倒趨勢，那么左側的線就會通過拉力來阻止這一趨勢，達到平衡。這個結構本質上就是合力和合力矩為零。
展開 
美大學借助3D打印開發出新型輕便、可防止變形失效的超材料
給出了原位靜態框架和相應的變形圖、應力-應變響應和離域效率曲線
在納米結構材料中，失效通常始于高度局部的變形。一個區域內的剪切帶、表面裂縫以及壁和支柱的屈曲會引起連鎖反應，從而導致整個結構坍塌。研究人員解釋說，當受壓構件屈曲時，桁架格柵開始坍塌，因為受拉的桁架無法承受。通常，這些部件在公共節點處互連，這意味著一旦失效，損傷會迅速擴散到整個結構中。
基本單元以及由多個單元構成的超級單體
相反，張拉整體結構的壓縮構件形成閉環，彼此隔離，僅通過拉伸構件連接。因此，受壓構件的不穩定性只能通過拉伸載荷路徑傳播，如果不斷裂，則不會經歷不穩定性。向下壓拉張整體系統，整個結構將均勻受壓，防止局部損壞，否則將導致災難性的破壞。
借助3D打印開發的超材料進行壓縮試驗
張拉超材料顯示出前所未有的抗破壞性、極好能量吸收性、可變形性和強度，勝過了所有其他類型的最新輕型結構。該團隊的研究為高級工程系統的設計提供了重要的基礎，從可重復使用的沖擊防護系統到自適應的承重結構。
展開 大跨空間結構整體穩定分析指南
01
整體穩定分析的意義
為什么需要進行整體穩定分析？哪些結構需要？
我們知道在鋼構件驗算時，需要驗算腹板和翼緣的穩定性，保證板件的高厚比或寬厚比在一定限值范圍內，這叫局部穩定驗算。桿件是由腹板和翼緣組成的，即使腹板和翼緣不會局部失穩，如果桿件軸壓較大，或者長細比較大，還容易出現桿件層面的穩定問題，還需要桿件穩定驗算。
結構是由桿件組成的，對于某些結構（比如單層網殼）宏觀上結構內部存在較大軸壓力，即使我們保證了桿件層面穩定，也不能保證整體層面穩定。因此這類結構需要進行整體穩定驗算，這如同局部穩定和桿件穩定的關系。對于結構而言桿件就是結構的局部。而那些宏觀來看主要是抗彎的空間結構（比如平板網架）則無需進行整體穩定驗算，保證桿件穩定就可以了。
展開 對某除塵設備進行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結構強度及熱膨脹變形值進行分析，指導結構加固及膨脹節選型 ￥15
煙道結構
煙道壁厚5mm，圖1為煙道結構及其支座示意圖、除塵器支座設置示意圖。
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標記的為固定約束，未標記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經過多次計算后得出的進氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-15000N，FY=8000N，FZ=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-33000N，FY=18000N，FZ=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
展開 某利浦筒倉整體結構分析
某利浦筒倉整體結構分析
1. 研究背景
利浦鋼板倉憑借其獨特的整體性能好、壽命長、氣密性能好、用途廣、建造工期短、造價低、占地面積小、易管理等顯著優點，在糧食、食品、釀造、飼料等行業的儲存領域獲得廣泛應用。本工程為某某公司利浦鋼板倉工程，筒倉規格為：Φ11m×H17.5m,儲存物料為豆粕、玉米，容重為7.8KN/m3。如圖1所示。
圖1 利浦筒倉現場照片
2.計算模型建立
本模型是根據CAD利浦鋼板倉結構圖建立三維模型，圖2為利浦筒倉整體結構圖，如圖2所示。詳細構件如圖3、圖4、圖5所示。根據圖2、圖3、圖4、圖5等詳圖1：1建立CAD三維模型，如圖6所示。把CAD三維模型圖輸出IGES格式保存，在CAE中導入部件模型，如圖7所示。
圖2 φ11m庫體結構圖
圖3結構構件詳圖
圖4結構構件詳圖
圖5環梁剖面圖
圖6 利浦筒倉CAD三維模型
圖7 CAE部件圖
3. 材料屬性
該儲存倉所有構件均采用Q235B鋼，E43XX型焊條。彈性(楊氏)模量G=206GPa，泊松比取0.3，屈服強度235N/mm2。為方便建模和計算，創建截面時把該倉筒壁和漏斗設為殼，均質，其余構件均為實體。材料屬性如圖8、圖9所示。
圖8 圖9
4. 施加約束
所有構件之間連接采用剛性連接方式，儲存倉柱子與基礎連接處施加全約束。
如圖10所示。
圖10
5. 施加荷載
為方便施加荷載，在相互作用步驟創建漏斗出口中心的附加點，創建約束，使其附加參考點與漏斗出口周圍邊綁定，方便對其施加集中力代替漏斗殼的荷載。倉壁荷載用壓強荷載，定義筒倉頂部中心為坐標系原點。如圖11、圖12、圖12所示。如圖11、圖12、圖13所示。
圖11
圖12
圖13
6.
展開 關于砌體結構的整體抗震性能分析
( 2) 整體性問題。由于砌塊與砂漿均呈現出抗壓強度高，抗拉、抗剪強度低，且二者粘結性較差，體現在整體結構上的特征就是變形能力差。樓板的設置對結構整體變形能力，墻體之間變形協調能力與傳力能力有較大影響，當采用預制樓板時，在地震作用下，會造成樓板垮塌，進而使得墻體約束減小，易發生倒塌現象，因此，樓板盡可能的選擇現澆樓板，可以較好的將地震作用分配到各個墻體上，而且對墻體的約束力較強，使得結構整體性較好，當必須采用預制樓板時，需采取措施，加強預制樓板之間的聯系，使得所有樓板之間不出現相對位移，保證樓板對墻體的約束，同時較好的傳力，從而提高結構的整體性。
( 3) 設縫問題。由于砌體結構變形能力較差，通常需要足夠的剛度保證結構安全，因此墻體的長度的對結構安全至關重要，同時，當墻體長度過長時，易出現溫度裂縫，因此需要對較長的結構進行設縫，縫的寬度需要保證結構在彈塑性變形要求。
( 4) 樓梯問題。樓梯的設置不同于樓板，受力情況較為復雜，且當地震發生時，需作為人員逃生通道，必須保證樓梯在地震作用下不發生破壞，需要專門對樓梯進行設計分析，同時，當樓梯空間剛度過大時，使得樓梯吸收更多的地震能力，易造成樓梯破壞，因此合理布置樓梯，同時加強樓梯間和結構的連接，保證樓梯安全。
4 結論
( 1) 基于已有砌體結構震害資料，總結砌體結構的破壞特征; ( 2)對基于力、基于位移、基于能量與基于性能的設計方法分析其優缺點，提出能夠綜合考慮結構變形能力與累積損傷破壞的基于損傷的設計方法; ( 3) 針對砌體結構變形能力差與整體性差的特征，分別從計算方面、整體性問題、設縫問題與樓梯問題四個方面提出相應措施，提高結構抗震性能.
展開 拓撲優化技術在整體結構件上的應用
為了提高結構效率，減輕結構重量，提升武器裝備的性能，拓撲優化技術已在飛機結構設計中大型整體承力構件和結構功能一體化構件中得到越來越廣泛應用。比如滑輪架設計、翼身對接接頭設計，以及發動機安裝支架設計，采用拓撲優化技術和增材制造技術可以實現 30%左右的材料、60%左右的制造周期完成生產，成為保障飛機研制進度和性能的重要技術支撐。
圖 1 滑輪架拓撲優化設計
圖 2 翼身對接接頭拓撲優化設計
圖 3 發動機安裝支架拓撲優化設計
從眾多拓撲優化后的方案構型來看，經過拓撲優化后的設計方案對傳統的制造方式提出新的挑戰。因為傳統的制造方法對產品模型具有對稱性、相對固定尺寸、可重復制造等要求。而拓撲優化技術只有在不考慮制造工藝約束時才具有更好的效果。因此，盡管工程師們通過拓撲優化方法設計出了結構獨特、高性能的產品模型，但往往因為可制造性問題，只能遵循 “實現性優先”的原則，而舍棄掉產品在輕量化、高性能上的優勢。隨著輕量化、大型化、 整體化的設計理念的發展，低成本、大型結構件的制造技術逐漸成為影響我國裝備能力提升的一項瓶頸技術。然而，增材制造技術的出現很好地解決了這一大難題，其與傳統的制造方法相比，具有可控性，由小到大從點到線到面再到體積，可先局部后整體；空間可無約束等特點，可實現高性能金屬材料制備與大型零件“近凈成形”一步完成。增材制造的零件具有細小、均勻的快速凝固組織，綜合力學性能優異，可實現復雜的結構功能一體化設計的零件制造。
展開 abaqus整體結構分析提交分析時中斷是什么原因？
abaqus整體結構分析提交分析時中斷是什么原因？
基于ANSYS某單層球面網殼結構整體穩定性分析
第五步、改變矢跨比后結構穩定性分析
原結構矢跨比為1/5，現將其跨度改為32m，矢跨比為1/4，按照上述思路進行同樣的分析，對比圖如下：
跨度為32m,矢跨比為1/4
可以看出，矢跨比對結構穩定承載極限荷載有較大影響，矢跨比大的結構，荷載系數將越大，網殼結構的整體穩定性越好。同時，隨著初始缺陷值增大，結構整體穩定性能也隨之下降。失跨比與初始缺陷同樣影響著結構的整體穩定性能。
第六、考慮材料非線性和幾何非線性后結構的穩定性分析。
使用原始模型，失跨比為1/5，最大初始缺陷為0.0993m（0.1倍），不考慮材料非線性時屈曲荷載系數為5.80，同時考慮材料非線性，荷載系數為5.70，結果如下圖?！兑幊獭芬螽敯磸椥匀^程分析時，安全系數K可取為2.0，此模型同樣符合要求。材料特性采用理想彈塑性。
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展開 工程機械設計中的整體結構有限元分析技術
汽車起重機整機分析的對象包括若干個受力結構件和機構( 回轉、變幅、伸縮、起升等)；最危險的工況是起重作業工況，力的傳遞路線是：重物?吊臂?變幅油缸支撐?高架轉臺?回轉支撐?底架?支腿?垂直油缸?地面；礦用重型汽車的傳力路線實際上包括了整車的各嚴重工況(靜滿載、舉升、剎車、轉彎)。因此，整體分析往往非常復雜。設計人員在設計過程中要求較快地預測整體結構在不同工況(特別是嚴重工況)下結構應力水平與變形，以便完善與優化總體設計，變為最急迫而又難以實現的事情。
針對整體分析這一難點問題，本文論述的基于 ANSYS/APDL平臺二次開發的整體結構分析技術，利用APDL語言的特點實現結構模型的參數化，采用子結構分析的技術策略，實現整體結構的剖分與結構件分析，實現結構件的變換與組裝，最終完成整體結構分析。這種技術策略在汽車起重機與礦用重型汽車的成功應用說明了它的優越性。
展開 【子程序】Abaqus顯式分析梁單元超彈性VUMAT
顯式分析梁單元超彈性不可用
有次在做一個張拉整體結構分析時，為對比拉力材料對Tensegrity沖擊動態響應的影響，我試了尼龍和橡膠材料，并且對單元類型也進行了不同的嘗試-Beam/Truss Element，當試到B31-超彈性本構這個組合時，Abaqus返回了一個ERROR: "Hyperelasticity or hyperfoam is not available with beam elements in Abaqus/Explicit."
Tensegrity分析（Truss）：左-尼龍線，右-橡皮筋
這個報錯難道是因為橡膠材料的不可壓縮性？帶著疑惑查了查幫助文檔：Abaqus有明確地說明超彈性本構模型可以用于Standard中的梁單元，但沒有提Explicit梁單元能不能用，表達算是比較模糊，因為其他本構模型的介紹中，往往對于禁用單元講的都比較干脆。
適用于顯式梁單元的超彈性VUAMT
后來發現，原來達索官方專門為顯式分析的梁單元提供了一個超彈性本構模型的VUMAT，其應變能函數是基于第一不變量I1的描述，可以通過用戶提供的單軸名義應力-應變數據，計算有限變形框架下的柯西應力，不過目前沒有將其正式內置于Abaqus材料模型中，所以很多人都不知道。
展開 論文精讀---基于SWT的風電機組整體結構模態與動態載荷分析
基于SWT的風電機組整體結構模態與動態載荷分析2015.pdf
