基于COMSOL的张拉完整性应用

筱一
关键词: COMSOL 张力完整性 悬浮桌 柔性连接
张力完整性 一词由工程师兼建筑师巴克敏斯特 · 富勒在 20 世纪 60 年代首次提出 张力完整性是基于单个刚性构件(如管或梁)和柔性构件 ( 如电线或电缆 ) 组成的系统建立的结构原理。刚性构件处于持续压缩状态,它们不是通过互相接触连接,而是被处于持续拉伸状态的柔性构件固定在一起,形成一种能够自我支撑的内部稳定性结构,从而无需预期的必要条件,如地基、连接件或支柱。
拉整体结构使用的材料少,因此质量轻、适应性强,在环境友好型建筑设计中有应用潜力。张力桌,或称为 悬浮桌 ,是张力完整性原理最基本的应用:一个固定部件在张力的作用下被一个柔性部件托起。
模型信息 上半部分(桌面和一条向下延伸的弯曲桌腿)和下半部分(桌底和一条向上延伸的桌腿)。两条腿之间用一根金属丝连接,这样当重力将上半部分向下拉时,金属丝的张力可以防止上半部分掉落地面。
基于COMSOL的张拉完整性应用的图1

1 悬浮桌示意图
边界条件 设置 在本例中, 工况 1 是在桌面上施加不同大小的垂直向下的载荷。 工况 2 是施加一个扭转力矩 使用线缆接口对施加的载荷和桌面重量进行模拟
基于COMSOL的张拉完整性应用的图2

2 边界 设置
应力 结果 云图 提取 结果 云图。
基于COMSOL的张拉完整性应用的图3

3 工况 1 受力
在桌面不发生倾斜时,只有中心线 承担所有张力,周围的四条线缆处于不受力的状态。
基于COMSOL的张拉完整性应用的图4

4 工况 2 受力图示
施加扭矩后弯矩也基本由中心线 承担,但此时外侧线缆也处于拉伸状态。
通过探针提取 线缆受力 如下图
基于COMSOL的张拉完整性应用的图5

5 线缆受力 曲线
【注】本次模型设置较为复杂, 如果想深入 钢筋混凝土梁失效行为研究 ,可以 设置更加精细的模型以及更为确切的参数设置 文中并未展示完全的技巧
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