dA全天候网球场活动拱顶设计ppt课件

1、指点教师：施惠基设计人：宁大亮 990309环91) 朱洪涛 990324环91) 张志超 990329环91) l总体设计思绪总体设计思绪l宏观展现宏观展现l受力分析受力分析l总结总结l设计目的设计目的l 为了每次重要竞赛都能顺利的进展，为了每次重要竞赛都能顺利的进展，尤其是在全球直播竞赛多多的今天，一尤其是在全球直播竞赛多多的今天，一场大雨往往令全世界的人们绝望场大雨往往令全世界的人们绝望 。基于。基于这一思绪，我们设计了这个活动的拱顶。这一思绪，我们设计了这个活动的拱顶。详细内容详细内容.l设计到达的目的设计到达的目的l l 晴天为观众遮阳晴天为观众遮阳l 雨天为大家遮雨雨天为大家遮雨详

2、细内容详细内容.l总体构形总体构形l 体育馆整体为半球和圆柱结合体。体育馆整体为半球和圆柱结合体。l拱顶由十二条主桁架组成，拱顶由十二条主桁架组成，l 其间采用拉膜构造其间采用拉膜构造 。l l 详细内容详细内容.十二条主桁架：根本采用三角柱构造，其十二条主桁架：根本采用三角柱构造，其中一条主梁为工字型粗，二条辅梁中一条主梁为工字型粗，二条辅梁细。细。 主梁的外形为根部弧形，顶端直线形。主梁的外形为根部弧形，顶端直线形。主梁的顶端有一与球铰相连的凹槽。这主梁的顶端有一与球铰相连的凹槽。这一凹槽与其相邻的桁架的工字型主梁相一凹槽与其相邻的桁架的工字型主梁相连构成可滑动的构造。连构成可滑动的构造。

3、 详细内容详细内容.l 拉膜构造：拉膜构造：l 与相邻的桁架主梁相连的折叠构造。与相邻的桁架主梁相连的折叠构造。l 其根部有弹性链锁与墙体相连，使其根部有弹性链锁与墙体相连，使其在挪动过程中坚持拉紧。其在挪动过程中坚持拉紧。l 膜的一边固定在一主梁上，另一边膜的一边固定在一主梁上，另一边在相邻主梁上滑动，其运动方式类在相邻主梁上滑动，其运动方式类 升国旗的滑轮滑动。升国旗的滑轮滑动。l 详细内容详细内容.l动态阐明：动态阐明： l 拱顶的开合采用旋转上升的原理。拱顶的开合采用旋转上升的原理。相邻主桁架相互支撑，均匀受力。相邻主桁架相互支撑，均匀受力。详细内容详细内容. 这边日出这边日出 那边雨

4、那边雨 左是无晴 右有晴 v受力分析1根本长度参数根本长度参数主梁程度投影长度为主梁程度投影长度为L，其中弧形部分投影长度为其中弧形部分投影长度为l；主梁往竖直方向投影为主梁往竖直方向投影为h；绳索传动系统中，滑轮绳索传动系统中，滑轮E直径为直径为r；2根本角度参数根本角度参数主梁曲线对应圆心角为主梁曲线对应圆心角为，其中程度直杆部分对应圆心角为其中程度直杆部分对应圆心角为；相邻两主梁的夹角为相邻两主梁的夹角为，主梁与接近墙体的球铰主梁与接近墙体的球铰C导轨夹角为导轨夹角为；3根本物理量根本物理量可滑动端可滑动端D内运用一致滚珠各接触内运用一致滚珠各接触面的静摩擦因数面的静摩擦因数1j，动摩擦

5、因数，动摩擦因数1d；主梁所在平面上，重力载荷为主梁所在平面上，重力载荷为W，重心的坐标为重心的坐标为xc；风载简化为单个集中力后大小为风载简化为单个集中力后大小为Fw.1明确须求量明确须求量分析求解的目的是确定各约束点的分析求解的目的是确定各约束点的约束力、约束力偶和传动绳索提供拉力约束力、约束力偶和传动绳索提供拉力的大小，为内力分析和资料选择提供根的大小，为内力分析和资料选择提供根据；据；1明确约束点明确约束点C为球铰可沿轨自在滑动，可为球铰可沿轨自在滑动，可拴紧；拴紧；A为活动柱铰；为活动柱铰；D为可为可滑动端含凹槽和滚珠构造，滑动端含凹槽和滚珠构造，作用于作用于B点点 ；侧视图俯视图F

6、xFyFzFxMxFzFyMy侧视图俯视图侧视图FzFxFzFyFyFx侧视图俯视图侧视图FyFxFtf2FxFyFzFysincoscossin22fFFfFFtytx侧视图俯视图侧视图bFsincosAyAyFFbFAyFAxF俯视图sincoscossinBxByAyBxByAxMMMMMMAxMBxMByMAyM主梁点B俯视图3)绳索传动系统绳索传动系统 绳索拉动绳索拉动D向上时向上时 sFDsFsFErsFE主梁rFMsssEFF2主梁俯视图sFsFsNF22sin2ssNFF主梁侧视图俯视图sFDrsFE主梁sFsFsNF22sin2ssNFF侧视图4)明确待定变量明确待定变量 利

7、用各变量间曾经有的关系式消去一定变量后，得确实待定变量如下 ：球铰C拴紧时：能否思索D在B点的摩擦力f1j视详细情况定球铰C 可沿轨滑动时：sByBxCzCyCxAzAyAxFMMFFFFFF,sByBxCzCtAzAyAxFMMFfFfFFF,212明确分析形状明确分析形状1 理想静态2 无风约束静态球铰C拴紧，绳索拉紧D3 外风载下的约束静态4 启动传动系统即构造开场闭合形状分析分析此时球铰此时球铰C拴紧，待定变量有拴紧，待定变量有理想化假设：理想化假设：A,B,C结点只提供竖直方向的约束结点只提供竖直方向的约束力，绳索松弛，推知力，绳索松弛，推知求求 sByBxCzCyCxAzAyAxF

8、MMFFFFFF,0sByBxCyCxAyAxFMMFFFFCzAzFF ,求解求解据循环对称性据循环对称性 ，知，知 据据得得据据得得解得：解得： BzAzFFWFCz 0F 0M)()(cAzxLWlLFWlLxLFcAzWFCz1.无风约束静态无风约束静态此时球铰此时球铰C拴紧，确实待定变量有拴紧，确实待定变量有 jsByBxCzCyCxAzAyAxfFMMFFFFFF1,受力平衡受力平衡01sNxCxjAxFFfF0cos2sin21sCxjAxFFfF0bCyAyFFF0sin)cos1 (AxCyAyFFFBzAzFF0sNzCzFWF0sin2sin2sCzFWF0cossin1

9、jAxAysfFFF力偶平衡力偶平衡 XY平面平面 即即 XZ平面平面 即即YZ平面平面0lFLFbAy0sin)cos(lFlLFAxAy0)()()(1sNsNzsNsNxcAzjAxBxAxxLFzFxLWlLFhfhFMM0sin2sin)(2cos2sin2)()()cos1 (sin1sNssNscAzjAxBxByxLFzFxLWlLFhfhFMM0)cos1 (sinhFMMCyByBx01jf0ByM)sincos()(max111AxAyAzjbAzjjsFFFFFfF忽略相对小量：绳的拉力至少要超越B处最大静摩擦力，现取约束边境作简化：方程组的求解见6 方程求解2 风载下

10、约束静态风载下约束静态此时球铰此时球铰C拴紧，待定变量有拴紧，待定变量有 jsByBxCzCyCxAzAyAxfFMMFFFFFF1,风的载荷简化为在风的载荷简化为在 的方向上再加一个知力的方向上再加一个知力 ；其他假设同上时，得方程组其他假设同上时，得方程组 sNFwF0, 0)sincos(0)cos1 (sinsin)(cos)(sin2sin)(2cos2sin2)()cos1 (sin0sin)cos(0cossinsinsin2sin20sin)cos1 (coscos2sin21111ByjAxAyAzjsCyByBxsNwsNwcsNssNsAzjAxBxByAxAyAxAys

11、wsCzAxCyAywsCxjAxMfFFFFhFMMxLFzFxLWxLFzFlLFhfhFMMlFlLFFFFFWFFFFFFFFfF球铰球铰C C 可沿轨滑动，可沿轨滑动，待定变量有待定变量有 sByBxCzCtAzAyAxFMMFfFfFFF,21受力平衡受力平衡X X方向方向 即即Y Y方向方向 即即Z Z方向方向 即即D D上上 01sNxCxAxEFFfFF0)cos2sin1 (2cossin21sCtAxFfFfF0bCyAyFFF0sinsincos)cos1 (2AxCtAyFfFF0sNzCzFWF0sin2sin2sCzFWF0cossin1fFFFAxAys力偶平衡

12、力偶平衡 XYXY平面平面 即即 XZXZ平面平面 即即 YZYZ平面平面即即0sbAyMlFLF0sin)cos(rFlFlLFsAxAy0)()()(1sNsNzsNsNxcAzAxEBxAxxLFzFxLWlLFhfhFhFMM0sin2sin)(2cos2sin22)()()cos1 (sin1sNssNsscAzAxBxByxLFzFhFxLWlLFhfhFMM0)cos1 (sinhFMMCyByBx0sincos)cos1 (sin2hfhFMMCtByBx物理方程物理方程 sincos)(11111AxdAydAzdbAzdFFFFFfsincos)(11111AxdAydAz

13、dbAzdFFFFFf简化假设简化假设 0ByM忽略相对小量：1.1.理想静态理想静态 参数估计参数估计L=40mL=40ml=29.282ml=29.282mXc=26.027m W=100300KNXc=26.027m W=100300KN130.4KNAzFKNFCz100KN1 .913AzFKNFCz300结果结果W取取100KN时时W取取300KN时时2.2.无风约束静态无风约束静态 方程组用方程组用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 01jf0ByM,sBxCzCyCxAzAyAxFMFFFFFFF10000cossin0sin00000sin)(cos2sin2cos1000

14、0000000cossin100000sincossin2sin20100000000100cos1sincos2sin20001001111jjjsNsNhxLzlLhlLlA00)(0000cxLWWB参数估计参数估计 ?027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,63010000jcsNsNmxmxmzmhmlmL(运用MATLAB5.0数学计算软件编程求解) 当时5 . 0,1501jKNW.71.8932KN,192.4448KN,71.8930KN,N-169.2559K, 0, 0,m2875.7KN,268.3075

15、KN,1437.9KN,m-2490KN,N-124.5211K,196.4145KN,196.4151KN1sCzCyCxByBxbAyAxAzAyAxFFFFfMMFmMMFFF05. 0,1501jKNW当当 时时.9.4379KN,155.5720KN,9.4379KN,-22.2194KN, 0, 0,m377.5154KN,35.2226KN,188.7577KN,mN-326.9380K,153.5357KN,25.7847KN,25.7848KN1sCzCyCxByBxbAyAxAzAyAxFFFFfMMFmMMFFF当当时时005. 0,1501jKNW.0.9743KN,1

16、50.5752KN,0.9743KN,-2.2937KN, 0, 0,m38.9704KN,3.6360KN,19.4852KN,m-33.7494KN191.2167,2.6617KN,2.6617KN1sCzCyCxByBxbAyAxAzAyAxFFFFfMMFmMMFFF3.3.有风约束静态有风约束静态 01jf0ByM方程组用方程组用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 ,sBxCzCyCxAzAyAxFMFFFFFFF00sin)(cos)(00cos0cossNwsNwcwwxLFzFxLWFWFBA与无风静态的一样与无风静态的一样参数估计参数估计 005. 0,150,30027

17、.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,63010000jwcsNsNKNWKNFmxmxmzmhmlmL结果结果.1.2186KN,166.8888KN,1.2186KN,13.3003KN, 0, 0,m48.7449KN,4.5479KN,24.3724KN,m-42.2143KN239.1772KN,3.3293KN,3.3293KN1sCzCyCxByBxbAyAxAzAyAxFFFFfMMFmMMFFF4. 4. 构造开场闭合形状构造开场闭合形状 0ByM方程组用方程组用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 ,21sBxC

18、zCtAzAyAxFMFfFfFFFF0010000000001cossin0sin0sincos0000sin)(cos2sin22cos10000000000cossin1000010sincossin2sin201000000000sincos00cos1sin)cos2sin1 (200cossin100122111dddddsNsNhhxLzhhlLhrlLlA000)(0000cxLWWB参数估计参数估计 1 . 0,005. 0,005. 0027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,30,6302100000rmxm

19、xmzmhmlmLddcsNsN结果结果m0.1956KN1.9563KN,151.1550KN,0.7527KN,-0.6135KN,1.0437, 0,m-36.3075KN,-3.3693KN,-18.1538KN,m31.4432KN212.1169KN,-2.4616KN,-2.4750KN21ssCzCtByBxbAyAxAzAyAxMFFfFfMMFmMMFFF5.MATLAB5.MATLAB程序文件程序文件ju1.mju1.m无风约束静态无风约束静态ju2.mju2.m有风约束静态有风约束静态 ju3.mju3.m构造开场闭合时构造开场闭合时 l作为刚体进展整体受力分析作为刚体

20、进展整体受力分析 l作为弹性体进展杆件内力分析作为弹性体进展杆件内力分析 l雨载时支架梁受力分析雨载时支架梁受力分析l作为刚体进展整体受力分析作为刚体进展整体受力分析 l作为弹性体进展杆件内力分析作为弹性体进展杆件内力分析 l雨载时支架梁受力分析雨载时支架梁受力分析 简化桁架构造的弧形梁为实心柱体简化桁架构造的弧形梁为实心柱体 程度直形此柱体重力集度为程度直形此柱体重力集度为 密度为密度为，截面积为，截面积为s s支架梁总弧长为支架梁总弧长为 总重总重 )(36.469273. 050mRsW36.46lA Q D O Fy Fx B C O 图一图一 由由可得可得1设其他各梁在端点处给予该支

21、架梁的作用力为设其他各梁在端点处给予该支架梁的作用力为Q,方向如图一。方向如图一。 0yF0WFysWFy36.46由由 可得可得 2 2由由 可得可得 3 3 0 xF0 xFQ 0M0)sin2/sin40()30(RFRFyx注：由几何知识，注：由几何知识，O为均质弧为均质弧AB重心，重心，故有故有联立联立23可解的可解的sinRoo 2sinOODORDOsin2sinsQFx005.48由于由于所以所以对任一点对任一点x处角度为处角度为有有gdxsdx)(gscosdxdl x处分布力集度为处分布力集度为剪切应力剪切应力2250050cos)(xgsgsxq50arcsin50)()(xgsdxxqxFQ 弯矩为弯矩为 )50250050a