L o a d i n g . . . . . .
0 Applause for me

[力学架构] No.2力学架构思路及建议

该系列主要为参赛选手提供力学架构设计的建议方法,真正的学到力学与设计的精髓,领悟其中的奥妙。

    由于参赛选手仅限于本科生学识,因此本系列仅讨论竹皮材料线弹性,不考虑塑性破坏段。本系列仅做弹性阶段计算和设计,已足够满足力学架构的设计要求,大量的竹皮拉压试验表明,该材料的破坏走势类似铸铁拉压的破坏形式,在出现塑性段时,体现脆性破坏,延性较低。

通常一般的思路是:

概念设计→理论(电算/手算)分析→调整优化理论模型→重新复合电算/手算直到模型满意→开始制作模型→试验加载模型→修正试验问题→重新制作新的模型直到满意→提交作品。

    理论分析阶段主要先对整体结构的内力计算,再对构件的内力计算及设计。

    结构整体内力计算,可直接通过本系列的建议软件进行内力计算(包括弯矩、剪力、轴力),也可以通过结构力学上对超静定结构的力学计算进行分析。此处推荐(大一、大二)的方法为利用结构力学中正对称、反对称的概念,将设计的整体三维体系分解成二维平面结构,并利用力学求解器进行内力求解。

结构构件内力计算及设计,宜利用上述整体内力计算结果进行设计,再进行实际情况的内力调整(建议刚接的计算弯矩下调5%-10%,铰接的计算弯矩上调2%-5%)。

图 实际构件开胶折算方法

    若上述任何环节发现结构体系存在可修改的问题,则应该重新调整结构体系,重新计算复核,直到参赛者设计者对结果满意,即可完成理论计算部分,进而开始力学架构模型的实体搭建。

    模型的实体搭建,可参照本系列对构件进行制作,以及对整个结构体系的实体搭建。将制作完成的力学架构模型进行承载试验,直至加到破坏为止,发现实际模型的薄弱部位,通过构造措施(即非理论计算方法)加强结构体系薄弱部位,若试验结果无法满足参赛者的理想状况,可制作多次修正力学架构模型,直至满意,最后提交作品进行参赛。

    材料本构的没有选取或者选取错误,竹皮制成的杆件很大程度是脆性杆件,低年级参赛选手在计算构件时,未能充分考虑材料属性,因此宜根据本系列材料内容,充分考虑材料属性,更加准确的计算分析。

    力学模型假定和实际操作不符合,没有充分考虑铰接、刚接、半刚接的问题,只是笼统的完全刚接/铰接计算,使得计算结果失真。对于力学的理论假定,会较大的影响最后的计算结果,为了使得理论结果更符合实际情况,该条建议对完全刚接/铰接的理论计算值进行修正。主要原因是,在制作模型时,无法使得节点处绝对的刚接,由于胶水的抗剪强度约是竹皮的1/9,因此在节点处多多少少会出现轻微开裂,使得整体结构的内力重分布。因此,该处建议将理论计算所得的弯矩值进行调幅处理。铰接处理同理,由于无法将节点处理成完全铰接状态,会存在半刚接状态,因此需要调幅,对于理论模型计算,建议强连接以刚接处理,弱连接以铰接处理。

    如果采用可考虑P-▲效应的计算软件,电算需要勾选P-▲效应等操作,即可模拟失稳情况,若是没有软件条件考虑失稳情况,可以对构件失稳进行计算,若有需要可多拉一些单层或者双层带状的竹皮去受拉防失稳。

    虽然一般校园比赛没有条件或者不会做成动载比赛,若是吹风的动力试验或者振动台的地震试验(国赛会出现该情况)需要参考结构动力学。根据UBC、FEMA302参考得,若需要计算风/地震的竹皮力学架构,可取竹皮结构阻尼比 ξ =4%

    若是一般只以静载试验,也要需要考虑官方施加荷载的条件加大3%-5%左右,因为在放配重块时,并无法很好的保证非常非常零距离的再放上去,因此在这瞬间的冲击会产生瞬时动力效应,所以静载按需要的设计再加3%-5%左右来确保加载瞬间的可靠。因此在放置配重块时,宜轻拿轻放。

将配重扩大3%-5%的原则是根据以下公式所得:Fp=K˙F

其中K=1+(a / g),K为动力放大系数,a为放置配重块的加速度,宜取0.3-0.5 m/s2,g为重力加速度,可取9.8 m/s2。

    参赛选手通常难使得结构作品较理想的联系对比理论计算结构,有部分原因是出现与节点的制作问题,理论上主要考虑的还是构件的破坏推出工作,不能很好的分析节点的损坏(除非专门去分析节点),因此要保证的就是做到“强节点弱构件”,也就是节点要比构件的强度强,这能使得理论计算到实际模型有较好的对比效果。

力学架构是一个体现 土建类学生 理论与实践

完美结合的竞赛。

主打系列·点击即达

#概念机理#

#

#性能分析#

~求关注~

~求转发~

欢迎关注微信公众号: 建源学堂