在设计顶部装有重载荷的高大细长的桁架塔时，工程师可能需要考虑屈曲。这需要计算所研究结构的临界压缩载荷。仿真是解决这类问题的一种既节省时间又经济高效的方式。现在，通过仿真 App，可以让这个过程变得更快。仿真 App 可以使那些没有仿真专业知识的人轻松运行自己的测试，计算不同桁架塔配置的临界压缩载荷。
桁架塔设计的力量
埃菲尔铁塔高约 1000 英尺，是桁架设计力量的一个有力证明。为了庆祝法国大革命 100 周年纪念，埃菲尔铁塔在 1889 年建成，最初设计只打算持续 20 年，因为当时的人们认为这种设计很不牢固。尽管不断地被翻新和修复，埃菲尔铁塔仍然是世界上最受欢迎的旅游目的地之一。
埃菲尔铁塔。图片来源：Stefan Krause – 自己的作品。根据CC BY-SA 3.0授权，通过Wikimedia Commons共享。
埃菲尔铁塔维持屹立不倒的一个重要因素是它的系列金属桁架。桁架是一种支撑结构，由只在两点轴向受力的杆件组成。桁架的目的是使轻型结构具有支撑重载荷的能力。当然，埃菲尔铁塔只是由桁架组成结构的一个例子。桁架也常用于支撑桥梁等结构，如下图所示。
桁架桥。图片来源：Kecko — 自己的作品。在CC BY 2.0授权，通过Flickr Creative Commons共享。
虽然桁架本身是一个强大的结构，但某些设计，特别是顶部有重载荷的又高又细长的桁架塔，可能会受到屈曲的影响。屈曲是指结构由于受到轴向压力或应变而产生弯曲或让失稳。COMSOL App 开发器提供了一种有效的方法，可以分析和防止这种影响，接下来我们看看如何操作。
桁架塔演示 App 的线性屈曲分析
通过桁架塔的线性屈曲分析仿真 App，用户可以轻松计算出桁架塔的临界压缩载荷。这是桁架塔设计中要考虑的重要参数。为什么？因为如果超过载荷，塔架可能会变得不稳定并可能屈曲，这可能会导致其倒塌。
临界载荷由一组固定参数确定。如果发现载荷过低，将重新设计桁架塔，并使用一组新参数再次运行计算。通过仿真 App 的直观用户界面修改参数，以及观察这些参数如何影响整体设计的过程将变得非常简单。
仿真 App 用户界面。
从高度到特定材料，这些参数的范围都可以在 App 的输入部分中进行更改。这部分由三个不同的选项卡组成：几何参数、桁架塔和材料选择。
在几何参数选项卡中，用户可以编辑三种类型的桁架构件(横向、纵向和对角线)的尺寸，定义钢筋的内半径和外半径，以及设置桁架长度和塔架高度。同时，桁架塔选项卡允许添加外部电缆，也称为绞线，用于支持塔及其参数的规范。最后，通过材料选择选项卡，用户可以为它们的桁架构件选择材料。
桁架塔的临界屈曲荷载在很大程度上取决于上面强调的每个参数。构建自己的 App 时，你可以选择包含这组相同的选项，也可以根据特定的设计需求添加新选项。根据你的专属分析定制仿真 App，可进一步简化界面布局，从而为用户提供更好的体验。
在我们的示例 App 中，包括了桁架塔的原理图。这个图可帮助用户更好地可视化基本桁架塔单元的几何结构。这里，原理图显示了三种类型的桁架构件：纵向(黑色)、对角线(蓝色)和横向(红色)，并描绘了内膜(di)和外膜(do)的直径。
桁架塔示意图。
选择参数后，下一步是运行仿真研究。只需单击模拟部分中的运行按钮，仿真结果就会显示在结果选项卡下。通过仿真 App，仿真结果将以容易理解的格式呈现，并把复杂的内容隐藏在直观的界面后。
有时，你可能希望与他人共享结果或将它们收集在一个文档中。使用 App 功能区文档部分中的报告按钮，就可以简单实现。这个选项允许你创建自定义报告，以有条理和简化的格式传达仿真结果。
在设计流程中包含仿真 App
仿真 App 是快速将设计概念变为现实的强大工具。文中，我们展示了如何将仿真 App 应用在桁架塔配置的开发中，让那些没有仿真专业知识的人可以有效地测试不同的参数及其对临界压缩载荷的影响。
您可从 COMSOL案例库下载这个仿真 App。尝试自己建模，并激发你开发自己的仿真 App 的灵感。
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