如何设计和理解不寻常的张拉整体结构

工程师们喜欢彼此分享的视频往往描绘了非直观的、迷人的物理系统。最近最受欢迎的是行动实验室的浮动桌子，它展示了张拉整体结构的不寻常性质。

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弦的张力中获得强度，弦的张力使被压缩的部件悬浮起来。因此，这些系统赋予和弦在压缩下支持系统的能力。

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。

一个模拟的浮动表

例如，在浮动桌子的例子中，构成底部和顶部的两块塑料包含了一个类似起重机的结构。这些结构通过中间绳子的张力连接在一起。在底部和顶部的每个角落都添加了三根弦，以增加稳定性。

这都是关于平衡体重。连接在像起重机一样的横梁上的弦只能在一个方向上承受重量。在一个完美的世界里，作用在系统上的唯一的力是重力，系统会以一种平衡的方式保持平衡，这条中间的弦就是所需要的。

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

Kurilpa桥(原坦克街桥)在
布里斯班河在布里斯班，昆士兰，澳大利亚

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大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，这些柱子用绳索将结构固定在适当的位置。

然而，就像浮动的桌子一样，很难理解这种结构是如何保持完整的。为了获得更好的想法，工程师们可以使用绳子和3D打印部件建立桥梁或浮动桌子的模型。对于那些没有3D打印机的人，他们可以尝试用乐高积木或冰棒棒来制作悬浮的部件。

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，最好从一个简单的例子开始——比如浮动表。

模拟的浮台显示了一些塑料是如何形成的
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，基础，起重机结构和和弦都可以分别建模为表面，梁和弦。因此，不需要实体建模。

最近添加了Cable元素功能Ansys机械2020 R1。这是对以前的链接元素的升级。

这些电缆元件只在张力下工作，它们的末端可以自由旋转。这与梁元件不同，梁元件可以经历张力，压缩并焊接到适当的位置。

一旦模拟完成，工程师们就可以利用它来优化电缆的位置，以更好地分配重量，考虑固有频率并稳定结构。如果他们担心如果其中一根电缆失效，其中一个悬挂元件可能会弯曲或断裂，他们也可以进行屈曲模拟。

如果将这种模拟概念扩展到桥梁设计中，工程师还需要针对可变重量分布、强风、地震和其他条件对其进行优化。这些模拟可以用来确保基础，起重机结构和电缆都能够承受他们在野外经历的力量。

因此，工程师可以找到他们设计中的阿喀琉斯之踵，并专注于他们的优化，直到他们确定结构将在现实世界中生存。一般来说，这种优化将包括改变几何形状、横截面、材料和悬吊物体和和弦的位置。

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

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