Simulation of a deployable tensegrity column based on the finite element modeling and multibody dynamics simultions

• Autorzy: Al Sabouni-Zawadzka A. , Zawadzki A.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.135236

Warianty tytułu

PL

Symulacja rozwijalnego słupa tensegrity w oparciu o metodę elementów skończonych i dynamikę układów wieloczłonowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The present paper is dedicated to the analysis of deployable tensegrity columns. The main aim of this work is to present a technique, developed by combining the finite element (FE) analysis and the multibody dynamics (MBD) simulation, which enables precise and reliable simulations of deployable structures. While the finite element model of the column provides information on structural behavior in the deployed state, the dynamical modeling allows to analyze various deployment scenarios, choose active cables for the deployment and for the self-stress application, and to control distributions of internal forces during the assembly process. An example of a deployable column based on a popular tensegrity module - a 3-strut simplex - is presented. By analyzing the proposed column with the use of the developed method it is proven that the technique is suitable for complex simulations of deployable systems.

PL

W pracy został poruszony problem analizy rozwijalnych słupów tensegrity. Głównym celem opracowania jest zaprezentowanie techniki pozwalającej na zapewnienie niezawodnych symulacji tego typu struktur. Zaproponowana technika wykorzystuje metodę elementów skończonych (MES) oraz symulacje dynamiki układów wieloczłonowych (MBD). Metoda elementów skończonych dostarcza informacji odnośnie zachowania konstrukcji w stanie rozwiniętym, podczas gdy analiza dynamiki układu wieloczłonowego daje informacje dotyczące zachowania układu podczas realizacji różnych scenariuszy rozwijania, wyboru aktywnych cięgien, wartości samonaprężenia oraz rozkładu sił w elementach podczas rozwijania. Połączenie MES i MBD daje możliwość dokładnych i niezawodnych symulacji skomplikowanych struktur do jakich należą rozwijalne konstrukcje tensegrity.

Słowa kluczowe

EN

deployable structure; tensegrity; column; finite element method; FEM; multibody dynamics; simulation

PL

struktura rozwijalna; tensegrity; słup; metoda elementów skończonych; MES; dynamika układów wieloczłonowych; symulacja

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 4
• Strony: 543--560
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Al Sabouni-Zawadzka A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

autor

Zawadzki A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering, Warsaw, Poland

Bibliografia

• 1. Mikulas, M. M.; Thomson, M. State of the art and technology needs for large space structures. In New and Projected Aeronautical and Space Systems, Design Concepts, and Loads: Flight-Vehicle Materials, Structures, and Dynamics, ASME, New York, 1994, pp. 173-238.
• 2. Kiper, G.; Soylemez, E. Deployable space structures. 4th Int. Conf. on Recent Advances in Space Technologies, 2009, pp. 131-138.
• 3. Biro, M.; Bakar, N. Design and Analysis of Collapsible Scissor Bridge. MATEC Web of Conf., 2018.
• 4. Luchsinger, R.; Pedretti, A.; Steingruber, P.; Pedretti, M. Light Weight Structures With Tensairity, 2004.
• 5. Skelton, R.E.; de Oliveira, M.C. Tensegrity Systems, Springer, Dordrecht, Heidelberg, London, New York, 2009.
• 6. Motro, R. Tensegrity: Structural Systems for the Future, Kogan Page Science, London, 2003.
• 7. Gilewski, W.; Al Sabouni-Zawadzka, A. On possible applications of smart structures controlled by self-stress. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15, 2015, pp. 469-478.
• 8. Fuller, R. B. Tensile-integrity structures. US Patent 3,063,521,1962. Filed 31 August 1959, Granted 13 November 1962.
• 9. Al Sabouni-Zawadzka, A.; Gilewski, W. Inherent properties of smart tensegrity structures. Applied Sciences, 8 (5), 787, 2018.
• 10. Korkmaz, S.; Bel Hadj Ali, N.; Smith, I.F.C. Self-repair of a tensegrity pedestrian bridge through grouped actuation. Proceedings of the International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, 2010.
• 11. Rhode-Barbarigos, L. An Active Deployable Tensegrity Structure. Ph. D. Thesis, 2012.
• 12. Rhode-Barbarigos, L.; Bel Hadj Ali, N.; Motro, R.; Smith, I.F.C. Designing tensegrity modules for pedestrian bridges. Engineering Structures, 32(4), 2010, pp. 1158-1167.
• 13. Tibert, G. Deployable Tensegrity Structures for Space Applications. Ph. D. Thesis, 2002.
• 14. Snelson, K. D. Continuous tension, discontinuous compression structures. US Patent 3,169,611, 1965. Filed 14 March 1960, Granted 16 February 1965.
• 15. Gonzáleza, A.; Luoa, A.; Shia, D. Reconfiguration of multi-stage tensegrity structures using infinitesimal mechanisms. Latin American Journal of Solids and Structures, 16(3), 2019.
• 16. Crisfield, M.A. Non-linear finite element analysis of solids and structures: Essentials, John Wiley & Sons, New York, USA, 1991.
• 17. Juan, S.H.; Mirats Tur, J.M. Tensegrity frameworks. Static analysis review. Mechanism and Machine Theory, 43, 7, 2008, pp. 859-881.
• 18. Tibert, A.G.; Pellegrino, S. Review of Form-finding Methods for Tensegrity Structures. International Journal of Solids and Structures, 18, 4, 2003, pp. 209-223.
• 19. User guide, SOFiSTiK AG, Oberschleissheim, 2011.
• 20. Luo, A.; Wang, J.; Liu, H. Four-bar tensegrity robot based on ADAMS simulation. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), Takamatsu, 2017, pp. 1463-1468.
• 21. Mirats-Tur, J.; Camps, J. A three-Do F actuated robot. Robotics & Automation Magazine, IEEE, 2011.
• 22. Bruce, J.; Caluwaerts, K.; Iscen, A.; Sabelhaus, A.; Sunspiral, V. Design and Evolution of a Modular Tensegrity Robot Platform. IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 2014.
• 23. Kim, K.; Chen, L.H.; Cera, B.; Daly, M.; Zhu, E.; Despois, J.; Agogino, A.; Sunspiral, V.; Agogino, A. Hopping and rolling locomotion with spherical tensegrity robots, 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Daejeon, 2016, pp. 4369-4376.
• 24. User guide, Using the Adams/View, MSC Software, 2010.