【JY】No.2力学架构思路及建议

通常一般的思路是：

概念设计→理论(电算/手算)分析→调整优化理论模型→重新复合电算/手算直到模型满意→开始制作模型→试验加载模型→修正试验问题→重新制作新的模型直到满意→提交作品。

    理论分析阶段主要先对整体结构的内力计算，再对构件的内力计算及设计。

    结构整体内力计算，可直接通过本系列的建议软件进行内力计算（包括弯矩、剪力、轴力），也可以通过结构力学上对超静定结构的力学计算进行分析。此处推荐（大一、大二）的方法为利用结构力学中正对称、反对称的概念，将设计的整体三维体系分解成二维平面结构，并利用力学求解器进行内力求解。

结构构件内力计算及设计，宜利用上述整体内力计算结果进行设计，再进行实际情况的内力调整（建议刚接的计算弯矩下调5%-10%，铰接的计算弯矩上调2%-5%）。

图 实际构件开胶折算方法

    若上述任何环节发现结构体系存在可修改的问题，则应该重新调整结构体系，重新计算复核，直到参赛者设计者对结果满意，即可完成理论计算部分，进而开始力学架构模型的实体搭建。

    模型的实体搭建，可参照本系列对构件进行制作，以及对整个结构体系的实体搭建。将制作完成的力学架构模型进行承载试验，直至加到破坏为止，发现实际模型的薄弱部位，通过构造措施（即非理论计算方法）加强结构体系薄弱部位，若试验结果无法满足参赛者的理想状况，可制作多次修正力学架构模型，直至满意，最后提交作品进行参赛。

    材料本构的没有选取或者选取错误，竹皮制成的杆件很大程度是脆性杆件，低年级参赛选手在计算构件时，未能充分考虑材料属性，因此宜根据本系列材料内容，充分考虑材料属性，更加准确的计算分析。

    力学模型假定和实际操作不符合，没有充分考虑铰接、刚接、半刚接的问题，只是笼统的完全刚接/铰接计算，使得计算结果失真。对于力学的理论假定，会较大的影响最后的计算结果，为了使得理论结果更符合实际情况，该条建议对完全刚接/铰接的理论计算值进行修正。主要原因是，在制作模型时，无法使得节点处绝对的刚接，由于胶水的抗剪强度约是竹皮的1/9，因此在节点处多多少少会出现轻微开裂，使得整体结构的内力重分布。因此，该处建议将理论计算所得的弯矩值进行调幅处理。铰接处理同理，由于无法将节点处理成完全铰接状态，会存在半刚接状态，因此需要调幅，对于理论模型计算，建议强连接以刚接处理，弱连接以铰接处理。

    如果采用可考虑P-▲效应的计算软件，电算需要勾选P-▲效应等操作，即可模拟失稳情况，若是没有软件条件考虑失稳情况，可以对构件失稳进行计算，若有需要可多拉一些单层或者双层带状的竹皮去受拉防失稳。

    虽然一般校园比赛没有条件或者不会做成动载比赛，若是吹风的动力试验或者振动台的地震试验（国赛会出现该情况）需要参考结构动力学。根据UBC、FEMA302参考得，若需要计算风/地震的竹皮力学架构，可取竹皮结构阻尼比 ξ =4%。

    若是一般只以静载试验，也要需要考虑官方施加荷载的条件加大3%-5%左右，因为在放配重块时，并无法很好的保证非常非常零距离的再放上去，因此在这瞬间的冲击会产生瞬时动力效应，所以静载按需要的设计再加3%-5%左右来确保加载瞬间的可靠。因此在放置配重块时，宜轻拿轻放。

将配重扩大3%-5%的原则是根据以下公式所得：Fp=K˙F

其中K=1 (a / g)，K为动力放大系数，a为放置配重块的加速度，宜取0.3-0.5 m/s2，g为重力加速度，可取9.8 m/s2。

    参赛选手通常难使得结构作品较理想的联系对比理论计算结构，有部分原因是出现与节点的制作问题，理论上主要考虑的还是构件的破坏推出工作，不能很好的分析节点的损坏（除非专门去分析节点），因此要保证的就是做到“强节点弱构件”，也就是节点要比构件的强度强，这能使得理论计算到实际模型有较好的对比效果。