張力-壓力桿

張力-壓力桿，即張拉整體（Tensegrity）是一種基於在連續張力網路內部套用受壓構建的結構原理。其中，受壓構件之間並不接觸，而預先張拉的構件構成了空間外形。

“張拉整體”一詞由巴克敏斯特·富勒在20世紀60年代創造，用以描述“張拉整體式結構”。

基本介紹

• 中文名：張力-壓力桿
• 外文名：Tensegrity
• 領域：物理學

簡介

張力-壓力桿，即張拉整體（Tensegrity）是一種基於在連續張力網路內部套用受壓構建的結構原理。其中，受壓構件之間並不接觸，而預先張拉的構件構成了空間外形。

“張拉整體”一詞由巴克敏斯特·富勒在20世紀60年代創造，用以描述“張拉整體式結構”。

概念

張拉整體可以由以下幾種設計準則組合設計而成:

• 受力構件僅受到軸力（純拉、壓)，即結構僅在受壓桿屈曲或者受拉索屈服後失效。
  
• 預應力（受拉）使得索構件剛度增大。
  
• 結構穩定性：在結構應力增大的情況下，能使得構件保持原有的受壓受拉狀態。
  

基於上述設計準則，結構構件不會受彎。這種受力的高效性使得結構相對於其質量和構件截面面積而言剛度極大。 其概念設計作品可見右圖——1951的Skylon。總計6根索，塔柱的兩端各3根，構成了這個結構。下方的3根索“定義”了結構的位置，而餘下的三根則讓結構保持豎直。

挫曲

挫曲（buckling）也稱為屈曲，是一種不穩定的現象，是指細長件在受到壓縮力時，因細長件彎曲變形而造成的結構失效。

理論上，挫曲是因為力學平衡方程式的解出現分岔（解的本質發生改變）所造成的。在受力增加到一定程度之後，物體會出現二種平衡狀態，一種是純壓縮力，另一個是有側向偏移變形的平衡狀態。

挫曲的特點是在結構件中，邊緣承受壓縮應力的元件突然斷裂，而元件失效時的壓應力小於材料可以承受的終極抗壓應力。挫曲的數學分析一般會設法加入方向也是軸向，但和軸有一段位移（偏心）的壓應力，以產生原來理想施力時不會受現的二次彎矩。

當在一元件（例如桿件）上的壓縮負荷增加，多半最後負荷會大到使元件變形不穩定。若負荷繼續加大，會造成明顯，甚至無法預測的變形，可能讓元件完全無法承受負荷。若變形還不是災難性的，元件仍會繼續承受負載。若挫曲的元件是結構件（例如大樓）中的一部分，會由其他的元件來分擔已挫曲元件原來要承受的負載。

屈服

屈服點強度，即屈服強度，屈服應力，或稱強韌度，在機械與材料科學的定義是有延展性的材料受力在彈性限以上時產生應力應變比值反覆變化的情形，再稍微增加受力後就會產生破斷的應力值。當一材料受力時，其應力應變比值呈直線狀態之最高應力值稱為彈性限，彈性限以下，材料之變形屬於彈性變形，在負載卸除之後，材料會回復到原來的形狀；若受力持續加大，應力值增加而超過屈服點強度，則此時材料會產生塑性變形，當負載卸除後，材料將無法回復到原來的形狀，呈現永久變形。

材料的屈服強度，即屈服強度，在機械結構的設計、製造上是相當重要的指標，在設計上來說，屈服強度被當作是一個受力大小的極限，用來判斷結構的破壞與否；在製造上，屈服強度可用來作為工件成形的控制，像是鍛造、滾軋、抽拉和擠制等成形。