膜结构的裁剪分析最初是从量测物理模型开始的,即按一定比例制作一个所期望的结构曲面模型,用一定宽度的纸、布或其他柔性材料剪成相应的形状粘贴到模型上,经反复修改,直到完 膜结构设计专题讲座 全覆盖整个模型。将每个粘贴条揭下按比例放大后,再考虑应变补偿,即可得膜材的下料图。 对于简单、规则的可展曲面,可直接利用几何方法将其展开并得到下料图。而对于复杂曲面,需通过计算机方法确定。目前常用的裁剪方法有测地线裁剪法(Geodesic Line Method )及平面相交裁剪法等,现分别介绍如下。 1. 测地线裁剪法 测地线原是个大地测量学中的概念,又称短程线,其通常被理解为:经过曲面上两点并存在于曲面上的最短的曲线。可展曲面上的测地线在曲面展开成平面后为直线;不可展曲面上的测地线在展开后接近直线。测地线裁剪法,就是以测地线来剖分空间膜面。求曲面上的测地线的问题,实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之泛函极值的问题。 用测地线概念作膜结构裁剪分析的问题之所以复杂,是因为膜结构几何外形的新奇多变。通过找形分析,所得到的是膜面上一些离散点的空间坐标,而不是空间曲面的方程,因而也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式。通常采用分段线性化的方法来处理这一问题,即用求极值确定测地线上的若干点,再用线性插值的方法求中间点,从而求得测地线。 对于一些呈球面特征的曲面或曲面区域,两端点(极点)间的测地线有无数条,即测地线并不 ,这样就很难控制膜条的宽度。文献[1] 提出了在两端点间再指定一个中间点的准测地线 (Semi-Geodesic Line )方法并已经用于膜结构设计软件 EASY 中。 测地线裁剪法的好处是接缝最短、用料较省,但裁剪线的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。实际应用中,在将由两条测地线及边界围成的空间膜条展开成平面时,需指定其中的一条测地线为直线。 2. 平面相交裁剪法平面相交裁剪法是用一组平面(通常用竖向平面)去截找形所得到的曲面,将膜面分成一个个的 “香蕉状”的膜条,以平面与空间曲面的交线作为裁剪线。平面相交裁剪法常用于对称膜面的裁剪,所得到的裁剪线比较整齐、美观。 3. 膜材的连接方法1.膜材的连接方法膜材的连接方法有机械连接、缝纫连接、热合连接等。机械连接简称夹接,是在两个膜片的边缘埋绳,并在其重叠位置用机械夹板将膜片连接在一起,见图3。机 械连接常用于大中型结构膜面与膜面的现场拼接。缝纫连接是用缝纫机将膜片缝在一起。采用缝纫连接时,需要注意选择缝纫用线的强度和耐久性。缝纫连接通 常用于无防水要求的网状膜材结构中,或者是与热合连接同时应用在PVC 涂覆聚酯织物的边角处理上。 热合连接又称焊接,是通过让膜材接触加热物体、或通过高频电磁波、或向膜材吹热空气等手法,使膜材获得相应的热量从而使织物上的涂层熔融,然后施加压力并冷却使膜片结合在一起。热合连接是最常用的膜材连接方法。对PVC 膜材料,多用高频焊接,局部修补可用热风焊接;PTFE 及乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE) 膜材则采用接触加热物体的高温热合方法。接缝可以是搭接,也可以是采用“背贴条”的拼接,PTFE 膜材焊接时,需要在两层PTFE 膜材间放置氟化乙丙烯(FEP)薄膜条。有关的热合设备,4. 裁剪加工图及特殊部位的经验处理 1、 裁剪加工图 裁剪加工图包括膜片下料图、膜材排版图、膜面加工图三方面。膜片下料图是指考虑了应变补偿后的平面膜片图,亦即各裁剪片的平面坐标及经线方向;膜材排版图是指各裁剪片在特定幅宽膜材上的排列图,在考虑了边角放量及经纬方向后,排列尽可能紧凑以节约膜材;膜面加工图就是各裁剪片的拼装图。
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