本發(fā)明涉及張拉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種可三維拓展的組合式張拉整體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

張拉整體結(jié)構(gòu)是一類輕質(zhì)、網(wǎng)格狀的空間結(jié)構(gòu)體系，由預(yù)拉伸的繩單元和預(yù)壓縮的桿單元相互連接而成。在沒有任何外部支撐的情況下，靠桿和繩的預(yù)應(yīng)力作用即可保持自身的幾何構(gòu)型，在受到微小保守力擾動(dòng)時(shí)，總是趨向于恢復(fù)到初始的自平衡狀態(tài)。為了獲得張拉整體結(jié)構(gòu)，需要對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。以往對(duì)于張拉整體結(jié)構(gòu)的研究?jī)H停留在對(duì)簡(jiǎn)單小規(guī)模結(jié)構(gòu)的研究，并未對(duì)其進(jìn)行可拓展分析設(shè)計(jì)，隨著實(shí)際應(yīng)用的快速增長(zhǎng)，簡(jiǎn)單的單體結(jié)構(gòu)已不能滿足各領(lǐng)域應(yīng)用需求。為此，本發(fā)明公開了一種可三維拓展的組合式張拉整體結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可三維拓展的組合式張拉整體結(jié)構(gòu)。

該結(jié)構(gòu)以截角正八面體狀張拉整體結(jié)構(gòu)和四棱柱狀張拉整體結(jié)構(gòu)為基本胞元結(jié)構(gòu)，其中，截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)為該結(jié)構(gòu)的鉸式連接部件，四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)與截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)相配合。

該結(jié)構(gòu)具有完整結(jié)構(gòu)構(gòu)型，并具有良好的自平衡及穩(wěn)定性。

截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)可按照截角正八面體的頂點(diǎn)和棱邊的連接關(guān)系，將結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)和繩單元進(jìn)行連接，接著添加桿單元，從而實(shí)現(xiàn)單元拉力和壓力的平衡而得到自平衡張拉整體結(jié)構(gòu)。

其中，截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)由24個(gè)節(jié)點(diǎn)，36根繩單元，24根桿單元組成。

組成截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)的36根繩單元中，12根為殘邊繩單元，24根為截邊繩單元。

殘邊繩單元為按照被截正八面體的原棱邊所連接的繩單元。

截邊繩單元為按照正八面體被截后新產(chǎn)生的棱邊所連接的繩單元。

桿單元按照連接相鄰截角面的方式所布置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處連接2根桿單元，每對(duì)相鄰截角面由2根桿單元相連接。

截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)中6個(gè)截角面兩兩相互平行，且相對(duì)轉(zhuǎn)角為零，3組截角面均垂直于正八面體體心與對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的連線，且法向量互相垂直。

截角面為正方形，由4根截邊繩單元組成。

截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)處于自平衡狀態(tài)，殘邊繩單元、截邊繩單元和桿單元的力密度比值滿足4∶4∶－1。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)由8個(gè)節(jié)點(diǎn)，12根繩單元，8根桿單元組成。

組成四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)的12根繩單元中，4根為側(cè)邊繩單元，8根為端邊繩單元。

側(cè)邊繩單元為按照四棱柱體的側(cè)面棱邊所連接的繩單元。

端邊繩單元為按照四棱柱體的端面棱邊所連接的繩單元。

桿單元按照連接端面的方式所布置，每個(gè)節(jié)點(diǎn)處連接2根桿單元。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)中端面相互平行且相對(duì)轉(zhuǎn)角為零。

端面由4根端邊繩單元組成。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)處于自平衡狀態(tài)，側(cè)邊繩單元、端邊繩單元和桿單元的力密度比值滿足2∶1∶－1。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

本發(fā)明具有模塊化、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，解決了目前缺乏大型拓展張拉整體結(jié)構(gòu)的問題，為構(gòu)建空間三維可拓展結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的可三維拓展的組合式張拉整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的截角正八面體狀張拉整體胞元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的四棱柱狀張拉整體胞元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種可三維拓展的組合式張拉整體結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，本實(shí)施例的三維拓展式張拉整體結(jié)構(gòu)是由如圖2所示的截角正八面體狀張拉整體胞元結(jié)構(gòu)和如圖3所示的四棱柱狀張拉整體胞元結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合拓展得到的。

為便于拓展張拉整體結(jié)構(gòu)鉸式連接的設(shè)計(jì)，優(yōu)先地，所述組合式張拉整體結(jié)構(gòu)采用截角正八面體狀張拉整體結(jié)構(gòu)作為鉸式連接胞元結(jié)構(gòu)。

為便于匹配截角正八面體狀張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合拓展，優(yōu)先地，所述結(jié)構(gòu)選擇四棱柱狀張拉整體結(jié)構(gòu)與之匹配的胞元結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭接拓展。

為便于搭接，所述結(jié)構(gòu)中截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)和四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)采用節(jié)點(diǎn)連接節(jié)點(diǎn)的搭接方式進(jìn)行組裝。

本發(fā)明在進(jìn)行三維拓展張拉整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，以截角正八面體狀張拉整體結(jié)構(gòu)和四棱柱狀張拉整體結(jié)構(gòu)為胞元，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合拓展設(shè)計(jì)。因截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)3組截角面的法向量互相垂直，故用作拓展結(jié)構(gòu)的直角鉸接部件，因其截角面為四邊形，故選擇四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)與其匹配，進(jìn)行組合拓展。

其中，截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)由24個(gè)節(jié)點(diǎn)，36根繩單元，24根桿單元組成。

組成截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)的36根繩單元中，12根為殘邊繩單元，24根為截邊繩單元。

截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)中6個(gè)截角面兩兩相互平行且相對(duì)轉(zhuǎn)角為零，3組截角面均垂直于正八面體體心與對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的連線且法向量互相垂直。

截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)處于自平衡狀態(tài)，殘邊繩單元、截邊繩單元和桿單元的力密度比值為4∶4∶－1。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)由8個(gè)節(jié)點(diǎn)，12根繩單元，8根桿單元組成。

組成四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)的12根繩單元中，4根為側(cè)邊繩單元，8根為端邊繩單元。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)中端面相互平行且相對(duì)轉(zhuǎn)角為零。

四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)處于自平衡狀態(tài)，側(cè)邊繩單元、端邊繩單元和桿單元的力密度比值為2∶1∶－1。

本發(fā)明提供了一種以截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)和四棱柱狀胞元結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合而得到大規(guī)模張拉整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，解決了目前缺乏可三維拓展的大型空間張拉整體結(jié)構(gòu)的問題。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，比如胞元之間采用節(jié)點(diǎn)連接繩的搭接方式、截角正八面體狀胞元結(jié)構(gòu)單獨(dú)進(jìn)行拓展組裝等，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。