English
Język Polski
Zastosowanie immanentnych właściwości tensegrity do kontroli zachowania dwuwarstwowych kratownic
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2023.144164Abstrakt
W pracy analizowano statyczne zachowanie się dwuwarstwowych kratownic typu tensegrity. Z uwagi na występowanie charakterystycznych cech, takich jak stany samonaprężenia i mechanizmy infinitezymalne, konstrukcje te mogą być stosowane jako rozkładalne. W takim przypadku bardzo ważna jest możliwość kontrolowania zachowania się konstrukcji. Głównym celem pracy jest wykazanie, że taka kontrola jest możliwa w przypadku struktur tensegrity, które charakteryzują się występowaniem mechanizmów. Sztywność takich struktur zależy nie tylko od geometrii i właściwości materiału, ale także od poziomu wstępnego sprężenia i od obciążenia zewnętrznego. W przypadku, gdy mechanizmy nie występują, konstrukcje są niewrażliwe na poziom wstępnego sprężenia. Występowanie mechanizmów można kontrolować poprzez zmianę warunków podparcia konstrukcji. W pracy rozważane były rozkładalne kładki zbudowane ze zmodyfikowanych modułów Simplex. Rozpatrzono konstrukcje o różnych warunkach podparcia składające się z różnej liczby modułów. Analiza struktur tensegrity jest dwuetapowa. Pierwszym etapem jest analiza jakościowa, która polega na identyfikacji immanentnych własności tensegrity, takich jak stany samonaprężenia i mechanizmy infinitezymalne. Na tej podstawie konstrukcje są klasyfikowane jako struktury o cechach tensegrity klasy 1 lub klasy 2. W pierwszym przypadku struktury charakteryzują się występowaniem mechanizmów, natomiast w drugim nie. Drugim etapem jest analiza ilościowa. Jest to analiza parametryczna, która obejmuje wpływ poziomu wstępnego sprężenia oraz zmiany warunków podparcia na zachowanie konstrukcji pod obciążeniem statycznym. W szczególności analizowany jest wpływ na przemieszczenia i wytężenie konstrukcji.Bibliografia
[1] L. Rhode-Barbarigos, N. Bel Hadj Ali, R. Motro, and I.F.C. Smith, “Tensegrity modules for pedestrian bridges”, in Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia, 2009.
[2] L. Rhode-Barbarigos, N. Bel Hadj Ali, R. Motro, and I.F.C. Smith, “Designing tensegrity modules for pedestrian bridges”, Engineering Structures, vol. 32, no. 4, pp. 1158-1167, 2010, DOI: 10.1016/j.engstruct.2009.12.042.
[3] L. Rhode-Barbarigos, N. Bel Hadj Ali, R. Motro, and I.F.C. Smith, “Design aspects of a deployable tensegrity-hollow-rope footbridge”, International Journal of Space Structures, vol. 27, no. 2-3, pp. 81-95, 2012, DOI: 10.1260/0266-3511.27.2-3.81.
[4] F. Jamin, J. Averseng, J. Quirant, and S. Vigan-Amouri, “La mer accessible à tous: Les systèmes de tenségrité déployables au service de l’autonomie”, in Proceedings of the Conference Handicap 2016, Paris, France. 2016.
[5] J. Averseng, F. Jamin, and J. Quirant, “Système de tenségrité déployable et modulaire pour le développement de l’accessibilité”, in Proceedings of the Conference RUGC 2017, Nantes, France. 2017.
[6] A. Micheletti, “Modular Tensegrity Structures: The “Tor Vergata” Footbridge”, in Models and Methods in Civil Engineering, M. Frémond, F. Maceri, Eds. Springer, 2012, pp. 375-384.
[7] W. Gilewski and A. Al Sabouni-Zawadzka, “On possible applications of smart structures controlled by self-stress”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 15, no. 2, pp. 469-478, 2014, DOI: 10.1016/j.acme.2014.08.006.
[8] K.-J. Bathe, Finite Element Procedures in Engineering Analysis. Prentice-Hall, 1982.
[9] W. Gilewski and A. Kasprzak, “Introduction to mechanics of tensegrity modules”, in Theoretical Fundamentals of Building Engineering, vol. 1, Mechanics of Materials and Structures. Warsaw: OWPW, 2012, pp. 83-94.
[10] O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, and J.Z. Zhu, The Finite Element Method: Its Basis and Fundamentals. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9781856176330000198.
[11] P. Obara and J. Tomasik, “Parametric analysis of tensegrity plate-like structures: Part 1 - Qualitative analysis”, Applied Sciences, vol. 10, no. 20, 2020, DOI: 10.3390/app10207042.
[12] P. Obara and J. Tomasik, “Parametric analysis of tensegrity plate-like structures: Part 2 - Quantitative analysis”, Applied Sciences, vol. 11, no. 2, 2021, DOI: 10.3390/app11020602.
[13] P. Obara and J. Tomasik, “Active control of stiffness of tensegrity plate-like structures built with simplex modules”, Materials, vol. 14, no. 24, 2021, DOI: 10.3390/ma14247888.
[14] C.R. Calladine, “Buckminster Fuller’s “Tensegrity” structures and Clerk Maxwell’s rules for the construction of stiff frames”, International Journal of Solids and Structures, vol. 14, no. 2, pp. 161-172, 1978, DOI: 10.1016/0020-7683(78)90052-5.
[15] C.R. Calladine, “Modal stiffnesses of a pretensioned cable net”, International Journal of Solids and Structures, vol. 18, no. 10, pp. 829-846, 1982, DOI: 10.1016/0020-7683(82)90068-3.
[16] S. Pellegrino and C.R. Calladine, “Matrix analysis of statically and kinematically indeterminate frameworks”, International Journal of Solids and Structures, vol. 22, no. 4, pp. 409-428, 1986, DOI: 10.1016/0020-7683(86)90014-4.
[17] S. Pellegrino, “Analysis of prestressed mechanisms”, International Journal of Solids and Structures, vol. 26, no. 12, pp. 1329-1350, 1990, DOI: 10.1016/0020-7683(90)90082-7.
[18] C.R. Calladine and S. Pellegrino, “First-order infinitesimal mechanisms”, International Journal of Solids and Structures, vol. 27, no. 4, pp. 505-515, 1991, DOI: 10.1016/0020-7683(91)90137-5.
[19] W. Gilewski, J. Kłosowska, and P. Obara, “Form finding of tensegrity structures via Singular Value Decomposition of compatibility matrix”, in Advances in Mechanics: Theoretical, Computational and Interdisciplinary Issues. CRC Press, 2016, pp. 191-195.
[20] P. Obara, J. Kłosowska, and W. Gilewski, “Truth and myths about 2D tensegrity trusses”, Applied Sciences, vol. 9, no. 1, art. no. 179, 2019, DOI: 10.3390/app9010179.
[21] S. Pellegrino, “Structural computations with the singular value decomposition of the equilibrium matrix”, International Journal of Solids and Structures, vol. 30, no. 21, pp. 3025-3035, 1993, DOI: 10.1016/0020-7683(93)90210-X.
[22] H. Rahami, A. Kaveh, M. Ardalan Asl, and S.R. Mirghaderi, “Analysis of near-regular structures with node irregularity using SVD of equilibrium matrix”, International Journal of Civil Engineering, vol. 11, no. 4, pp. 226-241, 2013.
[23] W. Gilewski, J. Kłosowska, and P. Obara, “Verification of Tensegrity Properties of Kono Structure and Blur Building”, Procedia Engineering", vol. 153, pp. 173-179, 2016, DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.099.
[24] W. Gilewski, J. Kłosowska, and P. Obara, “The influence of self-stress on the behavior of tensegrity-like real structure”, MATEC Web of Conferences, vol. 117, 2017, DOI: 10.1051/matecconf/201711700079.
[25] W. Gilewski, J. Kłosowska, and P. Obara, “Parametric analysis of some tensegrity structures”, MATEC Web Conferences, vol. 262, art. no. 10003, 2019, DOI: 10.1051/matecconf/201926210003.
[26] P. Obara, “Analysis of orthotropic tensegrity plate strips using a continuum two-dimensional model”, MATEC Web of Conferences, vol. 262, art. no. 10010, 2019, DOI: 10.1051/matecconf/201926210010.
[27] P. Obara, “Application of linear six-parameter shell theory to the analysis of orthotropic tensegrity platelike structures”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol. 57, no. 1, pp. 167-178, 2019, DOI: 10.15632/jtam-pl.57.1.167.
[28] P. Obara, Dynamic and dynamic stability of tensegrity structures. Kielce: Wydawnictwo Politechniki Swietokrzyskiej, 2019.
[29] J. Tomasik and P. Obara, “Impact of the self-stress state on the static properties of double-layered tensegrity grids”, in Modern Trends in Research on Steel, Aluminium and Composite Structures: Proceedings of the XIV International Conference On Metal Structures (ICMS2021), Poznań, Poland, 16-18 Jun. 2021. Routledge, 2021, pp. 127-133, DOI: 10.1201/9781003132134.
[30] A. Al Sabouni-Zawadzka and A. Zawadzki, “Simulation of a Deployable Tensegrity Column Based on the Finite Element Modeling and Multibody Dynamics Simulations”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 4, pp. 543-560, 2020, DOI: 10.24425/ace.2020.135236.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
