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1 绪论1

1.1 可展结构的概念1

1.2 国内外研究现状与分析4

1.2.1 可展结构的历史4

1.2.2 可展结构理论研究4

1.2.3 单元构架式可展结构7

1.2.4 折叠网格结构9

1.2.5 索杆式可展结构12

1.2.6 可展张拉整体结构13

1.3 本书的结构安排15

2 成角度剪式单元及其连杆机构的可动性分析17

2.1 几何学方法18

2.1.1 径向可动的几何条件18

2.1.2 剪式单元的运动轨迹分析20

2.2 螺旋互易定理简介21

2.2.1 运动和约束的螺旋描述21

2.2.2 螺旋互易定理21

2.3 剪式单元的可动性判断22

2.3.1 Hoberman单元24

2.3.2 GAE1单元以及非交叉剪式单元26

2.3.3 GAE2单元27

2.4 基于体系约束Jacobian矩阵的自由度分析方法28

2.4.1 刚性约束条件28

2.4.2 铰接节点约束条件29

2.4.3 成角度剪式单元约束条件29

2.4.4 边界约束条件29

2.4.5 系统约束方程29

2.4.6 计算流程30

2.5 基于成角度剪式单元平面连杆机构的自由度分析30

2.5.1 Hoberman连杆机构30

2.5.2 You和Pellegrino等腰三角形连杆机构32

2.5.3 You和Pellegrino相似三角形连杆机构33

2.5.4 非交叉单元连杆机构34

2.6 基于平行四边形法则的平面连杆机构36

2.7 本章小结37

3 连杆机构运动过程中运动奇异点分析39

3.1 基于螺旋互易定理的运动奇异点判断39

3.1.1 平面四连杆机构的可动性39

3.1.2 运动奇异点判断41

3.2 矩阵分析法41

3.2.1 运动学描述41

3.2.2 闭环连杆机构43

3.3 一阶分析44

3.3.1 预测步44

3.3.2 修正步46

3.3.3 计算结果47

3.4 二阶分析47

3.4.1 理论推导47

3.4.2 计算结果49

3.5 本章小结50

4 径向可开启屋盖结构的运动过程研究51

4.1 二维体系的运动特性51

4.1.1 几何分析51

4.1.2 运动界线54

4.2 三维体系的几何分析55

4.3 受力性能分析56

4.3.1 基本模型56

4.3.2 计算结果57

4.4 运动过程分析58

4.4.1 基本模型的运动过程分析58

4.4.2 初始缺陷的影响61

4.4.3 矢跨比的影响62

4.5 具有固定支座体系的几何设计64

4.6 本章小结65

5 径向展开式索撑网壳结构受力性能研究66

5.1 基本模型66

5.1.1 几何构形66

5.1.2 索撑网壳单元的基本力学特性67

5.1.3 有限元模型68

5.2 静力特性分析69

5.2.1 索撑网壳与普通网壳的静力特性分析70

5.2.2 矢跨比对结构静力特性的影响71

5.2.3 钢杆件截面对结构静力特性的影响72

5.2.4 索截面对结构静力特性的影响73

5.2.5 索初始预应力对结构静力特性的影响74

5.3 结构参数对弹塑性极限承载能力的影响74

5.3.1 矢跨比对弹塑性极限承载能力的影响76

5.3.2 钢杆件截面对弹塑性极限承载能力的影响77

5.3.3 索截面对弹塑性极限承载能力的影响78

5.3.4 索初始预应力对弹塑性极限承载能力的影响78

5.4 索撑网壳的缺陷稳定性分析80

5.4.1 缺陷模式对弹塑性极限承载能力的影响80

5.4.2 缺陷大小对弹塑性极限承载能力的影响82

5.5 本章小结83

6 折叠网架结构的受力性能及其运动过程研究85

6.1 几何设计85

6.1.1 平面四连杆机构85

6.1.2 折叠网架结构86

6.2 折叠网架结构受力性能分析87

6.2.1 计算模型87

6.2.2 折叠网架结构的极限承载力分析88

6.3 初始缺陷对结构极限承载力的影响89

6.4 折叠网架结构的运动过程分析90

6.4.1 理想结构的运动过程分析90

6.4.2 有初始缺陷结构的运动过程分析91

6.4.3 初始缺陷大小对折叠网架折叠完成时最大应力的影响91

6.5 本章小结92

7 基于剪式单元网壳结构的运动过程及其承载能力分析93

7.1 体系介绍93

7.2 基本模型94

7.3 柱面索拉网壳施工过程分析95

7.4 结构参数对柱面索拉网壳施工过程影响97

7.4.1 矢跨比对柱面索拉网壳施工过程影响98

7.4.2 钢杆件截面对柱面索拉网壳施工过程影响99

7.4.3 单元网格长宽比对柱面索拉网壳施工过程影响100

7.4.4 外扩跨度对柱面索拉网壳施工过程影响101

7.5 柱面索拉网壳弹塑性极限承载能力分析102

7.6 结构参数对结构极限承载能力的影响104

7.6.1 矢跨比对结构极限承载能力的影响104

7.6.2 钢杆构件截面对结构极限承载能力的影响105

7.6.3 索截面对结构极限承载能力的影响105

7.6.4 索初始预应力对结构极限承载能力的影响106

7.6.5 单元网格长宽比对结构极限承载力的影响107

7.6.6 外扩跨度对结构极限承载力的影响108

7.7 其他材料对结构施工过程的影响108

7.8 本章小结109

8 索杆张力结构的初始预应力水平设计110

8.1 基本理论110

8.1.1 平衡矩阵110

8.1.2 结构稳定性分析111

8.1.3 初始预应力的确定112

8.2 算例分析114

8.2.1 平面索杆结构114

8.2.2 张拉整体结构116

8.2.3 空间索杆结构118

8.3 本章小结122

9 考虑约束条件的索杆张力结构找形研究123

9.1 能量法123

9.1.1 理论基础123

9.1.2 力密度法的缺点124

9.1.3 能量法125

9.2 计算流程126

9.3 算例127

9.3.1 平面索杆结构127

9.3.2 索穹顶结构129

9.3.3 空间索桁结构132

9.4 本章小结136

10 索杆式折叠帐篷结构的受力性能研究137

10.1 基本力学特性137

10.1.1 几何分析137

10.1.2 初始预应力水平138

10.1.3 最短压杆长度139

10.1.4 最大承载能力142

10.2 有限元分析142

10.2.1 基本模型142

10.2.2 静力性能分析143

10.2.3 特征值屈曲分析144

10.2.4 非线性屈曲分析145

10.2.5 初始缺陷的影响145

10.3 参数分析147

10.3.1 矢跨比的影响147

10.3.2 竖向压杆长度的影响148

10.3.3 初始预应力水平的影响149

10.4 本章小结149

11 索杆式折叠网架结构的理论分析与试验研究151

11.1 基于CP单元折叠网架的几何分析151

11.1.1 基本单元及其初始预应力水平151

11.1.2 折叠体系151

11.1.3 折叠展开方式152

11.2 基于CP单元折叠网架的节点设计和模型制作153

11.2.1 节点设计154

11.2.2 模型制作155

11.3 基于CP单元折叠网架的受力性能分析156

11.3.1 静力性能分析156

11.3.2 自应力水平对结构静力性能的影响160

11.3.3 温度变化对结构静力性能的影响162

11.3.4 拉索破断对结构静力性能的影响163

11.4 基于DP单元折叠网架的几何分析164

11.4.1 基本单元164

11.4.2 折叠体系165

11.4.3 折叠展开方式166

11.5 基于DP单元折叠网架的节点设计和模型制作166

11.5.1 节点设计168

11.5.2 模型制作169

11.6 基于DP单元折叠网架受力性能分析170

11.6.1 静力性能分析170

11.6.2 自应力水平对结构静力性能的影响175

11.6.3 温度变化对结构静力性能的影响177

11.6.4 拉索破断对结构静力性能的影响178

11.7 本章小结180

12 折叠索穹顶的几何及其预应力水平分布研究182

12.1 几何分析182

12.1.1 折叠索穹顶182

12.1.2 径向可开启式索穹顶183

12.2 预应力分布的确定184

12.2.1 数学模型184

12.2.2 算例186

12.3 考虑压杆初弯曲的张拉整体结构受力性能分析189

12.3.1 基本模型189

12.3.2 解析法189

12.3.3 分析结果191

12.3.4 有限元验证193

12.4 本章小结194

13 基于2V型索杆单元折叠结构的受力性能研究195

13.1 几何分析195

13.1.1 基于拉索方式的折叠模型195

13.1.2 基于压杆方式的折叠模型197

13.1.3 改进后的折叠模型198

13.2 受力性能分析198

13.2.1 基本模型198

13.2.2 拉索滑移的考虑198

13.2.3 计算结果203

13.3 温度变化对结构静力性能的影响207

13.4 拉索断裂对结构静力性能的影响207

13.5 本章小结208

参考文献210