Découpe des patrons des éléments de membrane et de câble

Article technique

Les structures textiles et à câble sont considérées comme des constructions fines et esthétiques. Les formes double-courbées peuvent être trouvées en utilisant des algorithmes de recherche de forme adaptés. Une solution est de, par exemple, rechercher la forme à travers l’équilibre entre la contrainte de surface (avec précontrainte et une charge additionnelle du type poids propre, pression, etc.) et les conditions limites données.

Au-delà du développement de la forme, la production et préparation des composants structurels à être assemblés sur le chantier est un élément clé. Il s'agit de créer une membrane doublement courbée à partir de plusieurs petits patrons de coupe 2D, pour obtenir une structure entière sujette à une précontrainte donnée. La difficulté de cette tâche devient évidente lorsque vous essayez de traiter une demi-sphère dans un modèle imaginaire. La courbure radiale et tangentielle de la membrane fait que la demi-sphère ne peut pas être assemblée à partir d’un plan 2D. Il n’est que possible de la décomposer en plusieurs morceaux 2D.

Figure 01 – Patron de coupe d’une demi-sphère

Tout comme la création du patron de coupe actuel, cette décomposition est également très exigeante. Lors de l’assemblage, les lignes de coupe doivent être sélectionnées de sorte que chaque partie ait un état de précontrainte le plus homogène possible dans la géométrie 3D, de sorte qu'une tolérance d’élongation non-uniforme soit évitée pendant la mise à plat. Plus l’unité partielle est petite, plus les distributions de précontrainte et les tolérances d’élongations sont uniformes. Cette approche requiert des paramètres de lignes de coupe libres pour les unités partielles, indépendantes de toute entrée initiale et de géométrie de membrane globale. Lorsque les lignes de coupe pour les unités partielles sont positionnées, les aspects suivants doivent être considérés :

  • Condition de précontrainte homogène dans la géométrie 3D
  • Tolérance d’élongation homogène lors du processus de mise à plat
  • Largeur limite du rouleau de matériau semi-fini
  • Orthotropie de matériau
  • Suivi de joint
  • Architecture
  • Dommages du produit semi-fini dus à des segments trop larges
  • Assemblage

Suite à la mise à plat, la pièce de surface partielle segmentée 3D résulte du composant individuel désiré pour l’assemblage. Les aspects suivants doivent être considérés dans le processus de mise à plat :

  • Orthotropie de matériau
  • Compensation/relaxation sur la surface et aux bordures
  • Tolérance aux bordures
  • Longueurs limites identiques entre les éléments adjacents

En pratique, les deux méthodes de définition des lignes de coupe et la mise à plat des surfaces partielles qui suit sont considérés comme découpe.

Après la création de patrons de coupe pour les membranes, il reste à assembler les éléments de câble. La recherche de forme mentionnée précédemment recherche une géométrie qui définit la contrainte de surface de la membrane et la force de câble données ou la force résultante du câble en équilibre avec les conditions limites. Enfin, cet algorithme fournit une nouvelle géométrie avec des forces actives.

Figure 02 – Recherche de forme : Éléments de câble

Ainsi, la longueur de câble pour la fabrication ne peut pas être déduite de la géométrie pure de la forme trouvée, mais de ses résultats de géométrie, moins l’extension de câble due à la précontrainte agissante.

$${\mathrm L}_{\mathrm{unstressed}\;\mathrm{length}}\;=\;\frac{\mathrm A\;\cdot\;\mathrm E\;\cdot\;{\mathrm L}_{\mathrm{stressed}\;\mathrm{length}}}{\mathrm N\;+\;\mathrm A\;\cdot\;\mathrm E}$$
where

Aire de la section
Module d’élasticité
Force de câble

Figure 03 – Longueur de câble résultante

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Logiciel de calcul de structures aux éléments finis (MEF) pour les structures 2D et 3D composées de plaques, voiles, coques, barres (poutres), solides et éléments d'assemblage

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Recherche de forme des structures en toile tendue et en câbles

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Module additionnel

Génération des patrons de coupe pour les structures textile

Prix de la première licence
2 240,00 USD