徑向開合屋蓋的可動性判定與體系優(yōu)化.pdf

1、隨著人們物質(zhì)文化生活水平的提高，人們對于體育場館的功能要求日益提高，人們既希望在天氣晴好的時候享受大自然的陽光微風，又希望在天氣不佳的時候能夠進行室內(nèi)的體育賽事，與常規(guī)體育場館相比，開合屋蓋結(jié)構(gòu)能滿足人們這種美好愿望，因此帶有開合屋蓋的大型體育建筑越來越成為一個發(fā)展趨勢。其中，基于折桿剪式單元的徑向開合屋蓋因其輕質(zhì)高強、開啟率高、基本單元簡單、較高的觀賞性與對建筑外形的高適應(yīng)性等優(yōu)點越來越受到國內(nèi)外學者的青睞。
　　然而，目前對徑

2、向開合屋蓋結(jié)構(gòu)的研究成果主要還是集中在幾何方面，且基本以形態(tài)研究為主;對徑向開合屋蓋的力學性能研究較少，僅有的一些研究也多集中在平面屋蓋上;開合屋蓋作為一種機構(gòu)與結(jié)構(gòu)的結(jié)合體，初始誤差引起的不確定性與可靠度問題至今也鮮有學者進行成體系的研究。
　　本文首先用旋量理論的方法，計算了Hoberman徑向開合屋蓋的自由度，找出了體系運動過程中的奇異點。結(jié)果表明，Hoberman連桿機構(gòu)的奇異點出現(xiàn)在極限展開狀態(tài)，在奇異點之前體系自由度為

3、1，奇異點處自由度變?yōu)?;逆推得到了其他幾種滿足徑向可動條件的折桿單元，分別為GAEⅠ折桿單元、GAEⅡ折桿單元以及非交叉折桿單元;研究了四種折桿剪式單元對應(yīng)連桿機構(gòu)的節(jié)點運動規(guī)律與開啟率，對比得出，Hoberman連桿機構(gòu)因具有較好的初始閉合度與較大的開啟率，更加適用于在工程實踐中加以推廣與應(yīng)用。
　　基于環(huán)路增量法，考慮不同桿件誤差之間的誤差相關(guān)性，建立了Hoberman連桿機構(gòu)中節(jié)點位置誤差模型;進行節(jié)點位置誤差的靈敏度分析

4、，分析得到，越靠近固定節(jié)點的桿件初始誤差對目標節(jié)點位置誤差的影響越大?；谝淮味A矩法，給出了Hoberman連桿機構(gòu)不同節(jié)點可靠度隨體系輸入角的關(guān)系，分析表明，各節(jié)點在體系開啟的初始階段可靠度較高，在接近極限狀態(tài)時可靠度較低;對不同位置節(jié)點可靠度對比發(fā)現(xiàn)，越靠近固定節(jié)點處的節(jié)點可靠度越高;在此基礎(chǔ)上分析了不同的坐標計算路徑、桿長、折桿數(shù)量、節(jié)點徑向位置等對節(jié)點可靠度的影響，結(jié)果表明，節(jié)點的可靠度對坐標計算路徑與桿長不存在敏感度，而當結(jié)

5、構(gòu)中折桿數(shù)量與折桿折數(shù)增加的時候，同一相對位置的節(jié)點可靠度隨之降低。構(gòu)造了關(guān)于體系可靠度與加工成本的雙目標優(yōu)化函數(shù)，得到了目標函數(shù)最小時各初始轉(zhuǎn)動副間隙的表達式。
　　基于平面Hoberman徑向開合網(wǎng)架，構(gòu)造了三維Hoberman徑向開合網(wǎng)殼，并基于有限元軟件ABAQUS進行了該三維可展網(wǎng)殼的力學性能分析，分析表明，在合理的幾何參數(shù)及有限元參數(shù)選取下，三維Hoberman徑向開合網(wǎng)殼能夠滿足規(guī)范要求;在此基本模型的基礎(chǔ)上，分析了

6、不同折桿數(shù)量、折桿折數(shù)、矢跨比、平面形狀系數(shù)等參數(shù)對結(jié)構(gòu)受力性能的影響，分析表明:環(huán)向折桿數(shù)量的增加對結(jié)構(gòu)力學性能會產(chǎn)生有益的影響，而對經(jīng)濟性能會產(chǎn)生不利的影響，權(quán)衡后得到，在折桿數(shù)量取18時，可以使得結(jié)構(gòu)的用鋼量與結(jié)構(gòu)響應(yīng)均較小;單根折桿折數(shù)的減小對結(jié)構(gòu)力學性能、使用性能、經(jīng)濟性能等均會產(chǎn)生有益的影響，但在加工與運輸可行性及驅(qū)動條件設(shè)置可行性的影響下，折桿折數(shù)取為4較為合理;矢跨比的增大對結(jié)構(gòu)閉合狀態(tài)的力學性能會產(chǎn)生有益的影響，對開啟