Tensegrity kupolák parametrikus vizsgálata

A múlt század második felében erőteljes igény jelent meg a nagy alapterületű, elsősorban sportrendezvények céljára szolgáló zárt csarnokok iránt, mely trend azóta is folyamatosan tart. A különféle tartószerkezeti megoldások között az 1988-as szöuli olimpián mutatkozott be a tensegrity szerkesztési elven alapuló Geiger-féle kábelkupola-rendszer. Ezen tartószerkezeti rendszer kedvező statikai viselkedése és anyagtakarékossága mellett könnyű szerelhetősége miatt is hamar közkedveltté vált. Később sorra születtek hasonló létesítmények, melyek közül kiemelkedőnek számított az atlantai Georgia Dome, mely átadásakor világrekordernek számított saját fesztávolságával.

A merőben új tartószerkezeti rendszer eltért az addig megszokott kialakításokhoz képest statikai viselkedését tekintve. A szerkezet előfeszítés nélkül infinitezimálisan labilis térbeli rácsrendszer, melynek alaktartóságához sajátfeszültségrendszer létrehozása szükséges. Noha egyszerű húzott-nyomott szerkezeti elemekből felépülő tartószerkezetről beszélünk, új számítási módszerek szükségességét vonta maga után megjelenése. Ez köszönhető egyrészt a kábelelemek nyomóerővel szembeni ellenállásának hiánya miatti anyagi nemlinearitásnak, másrészt a nagy szerkezeti mozgások miatti geometriai nemlinearitásnak. Így a hagyományos mátrix elmozdulás-módszeren alapuló lineáris végeselemes számítások nem felelnek meg az analízis végrehajtására.

A dinamikus ellazítás nevű, fokozatosan közelítő iteratív eljárás megfelelő megoldást adott a szerkezeti analízis elvégzésére. A számítás során a szerkezet fiktív mozgás révén jut el a keresett statikus egyensúlyi állapotába valamilyen megfelelően megválasztott csillapításnak köszönhetően. Így a megoldás során elegendő az egyes csomóponti szabadságfokok mozgásegyenleteit felírni és megoldani, nincs szükség a szerkezet merevségi mátrixának az előállítására. Ezen tulajdonsága miatt különösen kedvelt analízistípus napjainkban nagy elmozdulásokat végző kötél- és ponyvaszerkezetek harmadrendű vizsgálatainak végrehajtására.

Dolgozatom első részében egy dinamikus ellazításon alapuló numerikus modell kifejlesztése volt a feladatom kábelkupolák numerikus analízisének végrehajtásához. A modellt a Rhinoceros 3D CAD szoftver Grasshopper almoduljában hoztam létre, mely egy C# programozási nyelven alapuló vizuális programozási fejlesztőkörnyezet. A hagyományos fejlesztőkörnyezetekhez képest különösen alkalmas paraméteres vizsgálatok végrehajtásához interaktív felületi kialakítása miatt.

A modell verifikálását a szakirodalomban fellelhető, hasonló szerkezeteken végzett kísérletek eredményei alapján végeztem el. Az eljárás helyes működésének igazolása után tensegrity szerkezetek paraméteres vizsgálatait végeztem el. Célom dolgozatom készítésekor annak a vizsgálata volt, hogy a szabadon felvehető paraméterek, mint a sugaras kiosztású szerkezeti cikkelyek száma, a belső gyűrűk száma vagy a nyomott oszlopok hossza milyen módon hat a szerkezeti viselkedésre, az egyes paraméterek milyen hatással vannak a globális szerkezeti merevségre nézve.

szerző

• 
  Rosa Richárd
  Szerkezet-építőmérnök mesterszak (MSc)
  mesterképzés (MA/MSc)

konzulens

• 
  Dr. Hincz Krisztián
  egyetemi docens, Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék

helyezés