如何设计和理解不寻常的张拉整体结构

工程师们喜欢互相分享的视频往往描述的是非直观的、令人着迷的物理系统。最近最受欢迎的是动作实验室的浮动桌子，它展示了张拉整体结构的不同寻常的性质。

阿克顿实验室的浮动桌子是如何工作的?

经历这种形式的浮动压缩的结构从受张力的弦中获得力量，弦将压缩的部件悬挂起来。因此，这些系统赋予和弦在压缩下支持系统的能力。

要学习如何模拟和弦，请观看网络研讨会:Ansys Structures 2020 R1更新．

张拉整体是如何工作的?

虽然起重机本身不能承受压缩载荷，但它可能是建造张拉整体结构的秘密。

一个模拟浮动表

例如，在浮动桌子的例子中，组成底部和顶部的两块塑料包含一个类似起重机的结构。这些结构通过中间弦的张力结合在一起。在底部和顶部的每个角落添加的三根弦是为了增加稳定性。

这都是为了平衡体重。吊在吊车梁上的弦只能在一个方向上承重。在一个完美的世界里，作用在这个系统上的唯一的力是重力，这个系统将以一种平衡的方式，中间的这根弦将是所需要的。

但实际上，只有一根弦会产生一个不稳定的系统，就像钟摆一样。其他的弦通过根据重量分布改变其张力来增加稳定性。

Kurilpa大桥(原坦克街大桥)
澳大利亚昆士兰州布里斯班的布里斯班河

这些悬吊结构在桥梁建设中有实际应用。例如，澳大利亚昆士兰州布里斯班的Kurilpa桥是最著名的混合张拉整体结构之一，人们可以用它来穿越水道。它由一系列像起重机一样的柱子悬挂着，这些柱子用和弦将结构固定在适当的位置。

然而，就像漂浮的桌子一样，很难理解这个结构是如何保持完整的。为了更好地了解，工程师们可以用绳子和3D打印的部件构建一个桥的模型，或漂浮的桌子。对于那些没有3D打印机的人来说，他们可以尝试用乐高或冰棒棒制作悬挂的组件。

如何设计和模拟张拉整体结构

要学习如何设计和建模这些结构，最好从一个简单的示例开始——比如浮动表。

仿真的浮台展示了一些塑料是如何制作的
梁是受压的，有些是受拉的。
大部分力都在中间的弦上

为了简化计算，工程师们必须找到降低模型复杂性的方法。在这种情况下，底座、鹤状结构和和弦都可以分别建模为曲面、梁和弦。因此，不需要实体建模。

电缆元件功能是最近添加的Ansys机械2020 R1。这是对之前链接元素的升级。

这些电缆元件只能在拉力下工作，并且它们的末端可以自由旋转。这与梁单元不同，梁单元可以承受张力、压缩并焊接到位。

一旦创建了模拟，工程师就可以使用它来优化电缆的放置，以更好地分配重量，考虑自然频率并稳定结构。他们还可以进行屈曲模拟，如果他们担心如果其中一条电缆出现故障，其中一个悬浮元件可能会弯曲或断裂。

如果将这种模拟概念扩展到桥梁设计，工程师还需要针对可变重量分布、强风、地震和其他条件进行优化。这些模拟可用于确保基础、起重机式结构和电缆都能够在现场经历的力量中幸存下来。

因此，工程师可以找到他们设计的阿喀琉斯之踵，并集中精力进行优化，直到他们确信结构可以在现实世界中存活下来。一般来说，这种优化将包括改变几何形状、横截面、材料和悬空物体和和弦的位置。

要了解更多，请观看网络研讨会:Ansys Structures 2020 R1更新．

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