使用 Oasys GSA-Grasshopper 进行织物结构参数化设计：

格拉斯哥大学 MEng 项目案例研究

项目中应用的软件

作为格拉斯哥大学工程硕士毕业论文的一部分，Jude McKenzie 和 Mariya Haris 描述了为大跨度张拉膜结构 (TFS) 设计创建不同参数化工作流程的步骤。从概念上讲，他们探索了两种不同类型的大跨度 TFS：飞机库和博物馆。基于初步的物理皂膜和尼龙模型，他们能够设计出与每种建筑功能相适应的形式。Oasys GSA-Grasshopper (GSA-GH) 插件用于为该项目创建无缝的参数化工作流程。
博物馆（左）和飞机库（右）的初始肥皂膜模型

博物馆（左）和飞机库（右）的尼龙模型


对于拉伸织物结构（TFS）设计而言，边界条件的细微变化都可能导致不同的形状确定，参数化设计的速度被证明是一项极其宝贵的优势，因为它可以进行多次迭代测试。由于织物预应力和载荷下的挠度之间存在复杂的强度关系，张拉织物结构的行为具有高度非线性。为了准确捕捉这种行为，需要一种复杂的分析方法，因此本项目使用了 GSA-GH 插件。
Oasys 的价值体现
参数化工作流程采用带有 Grasshopper 插件 (GH) 的 Rhinoceros 3D 软件，而 TFS 的找形和荷载分析则主要使用 Oasys GSA 软件。在各个软件之间建立顺畅的工作流程对于每个项目的成功都至关重要，而 GSA-GH 插件则实现了这一点。
方法 1 和方法 2 的工作流程
本研究探索了两种方法：

对于方法 1，他们使用 GH 插件创建网格形状，然后使用 GSA 插件将其导出到 GSA。在分析整体形状之前，GSA 内部定义了更精细的细节，控制材料类型、垫片定义和载荷条件。

方法 2 进一步利用 GSA 插件生成所有必要的属性和几何形状（如上所述），以模拟 TFS，然后导出到 GSA 进行形状查找和载荷分析。

两种方法都取得了显著成果：方法 2 在参数化设计阶段实现了高度控制，而方法 1 更稳定，并且能够对属性和几何形状进行更精细的控制。

使用 GSA 的动态求解器 GsRelax，学生们能够提取 TFS 在不同载荷条件下的行为，例如织物的挠度和应力。这些结果使得快速评估参数化工作流程生成的不同设计迭代方案成为可能，并与合适的失效和适用性标准进行比较。这些标准包括但不限于预应力完全丧失、经纬向材料失效以及积水。通过多次迭代，他们能够辨别出哪些设计属性（例如结构高度、织物场跨度、织物方向等）对设计的成功最为重要。
改变织物方向对飞机库位移的影响
博物馆结构迭代的位移比较

这些观察结果随后被用于指导设计修改，以实现更优化的结果。



通过降低高度和增加支撑拱数量来优化飞机机库
博物馆设计参数化工作流程示例图（含列出的变更）
总结与学习
使用 GSA-GH 插件实现了两个程序之间的无缝通信，并使得从 Rhino 的建模流程过渡到 GSA 的分析流程变得更加轻松。

Jude 和 Mariya 表示：“这个项目是对 TFS 和参数化设计领域的一次精彩介绍，使用领先的行业软件所获得的经验提升了我们的学习体验。”

该项目中使用的参数化工作流程为熟悉 GH 的专业人士提供了一个绝佳的范例，帮助他们利用强大的 GSA 结构分析软件进行快速 TFS 设计。

感谢 Jude 和 Mariya 与我们分享这项工作。

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