dA全天候網(wǎng)球場活動拱頂設(shè)計ppt課件

1、指點教師：施惠基設(shè)計人：寧大亮 990309環(huán)91) 朱洪濤 990324環(huán)91) 張志超 990329環(huán)91) l總體設(shè)計思緒總體設(shè)計思緒l宏觀展現(xiàn)宏觀展現(xiàn)l受力分析受力分析l總結(jié)總結(jié)l設(shè)計目的設(shè)計目的l 為了每次重要競賽都能順利的進展，為了每次重要競賽都能順利的進展，尤其是在全球直播競賽多多的今天，一尤其是在全球直播競賽多多的今天，一場大雨往往令全世界的人們絕望場大雨往往令全世界的人們絕望 ?；??；谶@一思緒，我們設(shè)計了這個活動的拱頂。這一思緒，我們設(shè)計了這個活動的拱頂。詳細內(nèi)容詳細內(nèi)容.l設(shè)計到達的目的設(shè)計到達的目的l l 晴天為觀眾遮陽晴天為觀眾遮陽l 雨天為大家遮雨雨天為大家遮雨詳

2、細內(nèi)容詳細內(nèi)容.l總體構(gòu)形總體構(gòu)形l 體育館整體為半球和圓柱結(jié)合體。體育館整體為半球和圓柱結(jié)合體。l拱頂由十二條主桁架組成，拱頂由十二條主桁架組成，l 其間采用拉膜構(gòu)造其間采用拉膜構(gòu)造 。l l 詳細內(nèi)容詳細內(nèi)容.十二條主桁架：根本采用三角柱構(gòu)造，其十二條主桁架：根本采用三角柱構(gòu)造，其中一條主梁為工字型粗，二條輔梁中一條主梁為工字型粗，二條輔梁細。細。 主梁的外形為根部弧形，頂端直線形。主梁的外形為根部弧形，頂端直線形。主梁的頂端有一與球鉸相連的凹槽。這主梁的頂端有一與球鉸相連的凹槽。這一凹槽與其相鄰的桁架的工字型主梁相一凹槽與其相鄰的桁架的工字型主梁相連構(gòu)成可滑動的構(gòu)造。連構(gòu)成可滑動的構(gòu)造。

3、 詳細內(nèi)容詳細內(nèi)容.l 拉膜構(gòu)造：拉膜構(gòu)造：l 與相鄰的桁架主梁相連的折疊構(gòu)造。與相鄰的桁架主梁相連的折疊構(gòu)造。l 其根部有彈性鏈鎖與墻體相連，使其根部有彈性鏈鎖與墻體相連，使其在挪動過程中堅持拉緊。其在挪動過程中堅持拉緊。l 膜的一邊固定在一主梁上，另一邊膜的一邊固定在一主梁上，另一邊在相鄰主梁上滑動，其運動方式類在相鄰主梁上滑動，其運動方式類 升國旗的滑輪滑動。升國旗的滑輪滑動。l 詳細內(nèi)容詳細內(nèi)容.l動態(tài)闡明：動態(tài)闡明： l 拱頂?shù)拈_合采用旋轉(zhuǎn)上升的原理。拱頂?shù)拈_合采用旋轉(zhuǎn)上升的原理。相鄰主桁架相互支撐，均勻受力。相鄰主桁架相互支撐，均勻受力。詳細內(nèi)容詳細內(nèi)容. 這邊日出這邊日出 那邊雨

4、那邊雨 左是無晴 右有晴 v受力分析1根本長度參數(shù)根本長度參數(shù)主梁程度投影長度為主梁程度投影長度為L，其中弧形部分投影長度為其中弧形部分投影長度為l；主梁往豎直方向投影為主梁往豎直方向投影為h；繩索傳動系統(tǒng)中，滑輪繩索傳動系統(tǒng)中，滑輪E直徑為直徑為r；2根本角度參數(shù)根本角度參數(shù)主梁曲線對應(yīng)圓心角為主梁曲線對應(yīng)圓心角為，其中程度直桿部分對應(yīng)圓心角為其中程度直桿部分對應(yīng)圓心角為；相鄰兩主梁的夾角為相鄰兩主梁的夾角為，主梁與接近墻體的球鉸主梁與接近墻體的球鉸C導(dǎo)軌夾角為導(dǎo)軌夾角為；3根本物理量根本物理量可滑動端可滑動端D內(nèi)運用一致滾珠各接觸內(nèi)運用一致滾珠各接觸面的靜摩擦因數(shù)面的靜摩擦因數(shù)1j，動摩擦

5、因數(shù)，動摩擦因數(shù)1d；主梁所在平面上，重力載荷為主梁所在平面上，重力載荷為W，重心的坐標(biāo)為重心的坐標(biāo)為xc；風(fēng)載簡化為單個集中力后大小為風(fēng)載簡化為單個集中力后大小為Fw.1明確須求量明確須求量分析求解的目的是確定各約束點的分析求解的目的是確定各約束點的約束力、約束力偶和傳動繩索提供拉力約束力、約束力偶和傳動繩索提供拉力的大小，為內(nèi)力分析和資料選擇提供根的大小，為內(nèi)力分析和資料選擇提供根據(jù)；據(jù)；1明確約束點明確約束點C為球鉸可沿軌自在滑動，可為球鉸可沿軌自在滑動，可拴緊；拴緊；A為活動柱鉸；為活動柱鉸；D為可為可滑動端含凹槽和滾珠構(gòu)造，滑動端含凹槽和滾珠構(gòu)造，作用于作用于B點點 ；側(cè)視圖俯視圖F

6、xFyFzFxMxFzFyMy側(cè)視圖俯視圖側(cè)視圖FzFxFzFyFyFx側(cè)視圖俯視圖側(cè)視圖FyFxFtf2FxFyFzFysincoscossin22fFFfFFtytx側(cè)視圖俯視圖側(cè)視圖bFsincosAyAyFFbFAyFAxF俯視圖sincoscossinBxByAyBxByAxMMMMMMAxMBxMByMAyM主梁點B俯視圖3)繩索傳動系統(tǒng)繩索傳動系統(tǒng) 繩索拉動繩索拉動D向上時向上時 sFDsFsFErsFE主梁rFMsssEFF2主梁俯視圖sFsFsNF22sin2ssNFF主梁側(cè)視圖俯視圖sFDrsFE主梁sFsFsNF22sin2ssNFF側(cè)視圖4)明確待定變量明確待定變量 利

7、用各變量間曾經(jīng)有的關(guān)系式消去一定變量后，得確實待定變量如下 ：球鉸C拴緊時：能否思索D在B點的摩擦力f1j視詳細情況定球鉸C 可沿軌滑動時：sByBxCzCyCxAzAyAxFMMFFFFFF,sByBxCzCtAzAyAxFMMFfFfFFF,212明確分析形狀明確分析形狀1 理想靜態(tài)2 無風(fēng)約束靜態(tài)球鉸C拴緊，繩索拉緊D3 外風(fēng)載下的約束靜態(tài)4 啟動傳動系統(tǒng)即構(gòu)造開場閉合形狀分析分析此時球鉸此時球鉸C拴緊，待定變量有拴緊，待定變量有理想化假設(shè)：理想化假設(shè)：A,B,C結(jié)點只提供豎直方向的約束結(jié)點只提供豎直方向的約束力，繩索松弛，推知力，繩索松弛，推知求求 sByBxCzCyCxAzAyAxF

8、MMFFFFFF,0sByBxCyCxAyAxFMMFFFFCzAzFF ,求解求解據(jù)循環(huán)對稱性據(jù)循環(huán)對稱性 ，知，知 據(jù)據(jù)得得據(jù)據(jù)得得解得：解得： BzAzFFWFCz 0F 0M)()(cAzxLWlLFWlLxLFcAzWFCz1.無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài)此時球鉸此時球鉸C拴緊，確實待定變量有拴緊，確實待定變量有 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忽略相對小量：繩的拉力至少要超越B處最大靜摩擦力，現(xiàn)取約束邊境作簡化：方程組的求解見6 方程求解2 風(fēng)載下

10、約束靜態(tài)風(fēng)載下約束靜態(tài)此時球鉸此時球鉸C拴緊，待定變量有拴緊，待定變量有 jsByBxCzCyCxAzAyAxfFMMFFFFFF1,風(fēng)的載荷簡化為在風(fēng)的載荷簡化為在 的方向上再加一個知力的方向上再加一個知力 ；其他假設(shè)同上時，得方程組其他假設(shè)同上時，得方程組 sNFwF0, 0)sincos(0)cos1 (sinsin)(cos)(sin2sin)(2cos2sin2)()cos1 (sin0sin)cos(0cossinsinsin2sin20sin)cos1 (coscos2sin21111ByjAxAyAzjsCyByBxsNwsNwcsNssNsAzjAxBxByAxAyAxAys

11、wsCzAxCyAywsCxjAxMfFFFFhFMMxLFzFxLWxLFzFlLFhfhFMMlFlLFFFFFWFFFFFFFFfF球鉸球鉸C C 可沿軌滑動，可沿軌滑動，待定變量有待定變量有 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簡化假設(shè)簡化假設(shè) 0ByM忽略相對小量：1.1.理想靜態(tài)理想靜態(tài) 參數(shù)估計參數(shù)估計L=40mL=40ml=29.282ml=29.282mXc=26.027m W=100300KNXc=26.027m W=100300KN130.4KNAzFKNFCz100KN1 .913AzFKNFCz300結(jié)果結(jié)果W取取100KN時時W取取300KN時時2.2.無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài) 方程組用方程組用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 01jf0ByM,sBxCzCyCxAzAyAxFMFFFFFFF10000cossin0sin00000sin)(cos2sin2cos1000

14、0000000cossin100000sincossin2sin20100000000100cos1sincos2sin20001001111jjjsNsNhxLzlLhlLlA00)(0000cxLWWB參數(shù)估計參數(shù)估計 ?027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,63010000jcsNsNmxmxmzmhmlmL(運用MATLAB5.0數(shù)學(xué)計算軟件編程求解) 當(dāng)時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當(dāng)當(dāng) 時時.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當(dāng)當(dāng)時時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.有風(fēng)約束靜態(tài)有風(fēng)約束靜態(tài) 01jf0ByM方程組用方程組用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 ,sBxCzCyCxAzAyAxFMFFFFFFF00sin)(cos)(00cos0cossNwsNwcwwxLFzFxLWFWFBA與無風(fēng)靜態(tài)的一樣與無風(fēng)靜態(tài)的一樣參數(shù)估計參數(shù)估計 005. 0,150,30027

17、.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,63010000jwcsNsNKNWKNFmxmxmzmhmlmL結(jié)果結(jié)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. 構(gòu)造開場閉合形狀構(gòu)造開場閉合形狀 0ByM方程組用方程組用AF=BAF=B表示，其中表示，其中 ,21sBxC

18、zCtAzAyAxFMFfFfFFFF0010000000001cossin0sin0sincos0000sin)(cos2sin22cos10000000000cossin1000010sincossin2sin201000000000sincos00cos1sin)cos2sin1 (200cossin100122111dddddsNsNhhxLzhhlLhrlLlA000)(0000cxLWWB參數(shù)估計參數(shù)估計 1 . 0,005. 0,005. 0027.26,949.26,116.12,20,282.29,40386.572,10.12,13.53,30,6302100000rmxm

19、xmzmhmlmLddcsNsN結(jié)果結(jié)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無風(fēng)約束靜態(tài)無風(fēng)約束靜態(tài)ju2.mju2.m有風(fēng)約束靜態(tài)有風(fēng)約束靜態(tài) ju3.mju3.m構(gòu)造開場閉合時構(gòu)造開場閉合時 l作為剛體進展整體受力分析作為剛體

20、進展整體受力分析 l作為彈性體進展桿件內(nèi)力分析作為彈性體進展桿件內(nèi)力分析 l雨載時支架梁受力分析雨載時支架梁受力分析l作為剛體進展整體受力分析作為剛體進展整體受力分析 l作為彈性體進展桿件內(nèi)力分析作為彈性體進展桿件內(nèi)力分析 l雨載時支架梁受力分析雨載時支架梁受力分析 簡化桁架構(gòu)造的弧形梁為實心柱體簡化桁架構(gòu)造的弧形梁為實心柱體 程度直形此柱體重力集度為程度直形此柱體重力集度為 密度為密度為，截面積為，截面積為s s支架梁總弧長為支架梁總弧長為 總重總重 )(36.469273. 050mRsW36.46lA Q D O Fy Fx B C O 圖一圖一 由由可得可得1設(shè)其他各梁在端點處給予該支

21、架梁的作用力為設(shè)其他各梁在端點處給予該支架梁的作用力為Q,方向如圖一。方向如圖一。 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：由幾何知識，注：由幾何知識，O為均質(zhì)弧為均質(zhì)弧AB重心，重心，故有故有聯(lián)立聯(lián)立23可解的可解的sinRoo 2sinOODORDOsin2sinsQFx005.48由于由于所以所以對任一點對任一點x處角度為處角度為有有g(shù)dxsdx)(gscosdxdl x處分布力集度為處分布力集度為剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力2250050cos)(xgsgsxq50arcsin50)()(xgsdxxqxFQ 彎矩為彎矩為 )50250050a