用途:用于判断某个结构是否为真正的张拉整体(受压与受拉分离),分析其力平衡、预应力平衡、结构稳定性,以及从分子细胞骨架到建筑形态的跨尺度一致性。适用于建筑、机器人、可展开结构、细胞力学与生物结构建模。
主要能力:盘点和记录受压杆(长度、截面、材料、杨氏模量)与受拉索(静止长度、截面积、拉伸刚度)及连接拓扑,构建关联矩阵;判定第1类(杆互不接触)或第2类(杆可共节点)、2D/3D、拓扑族(棱柱、八面体、二十面体、X模块);用平衡矩阵A求解自应力状态 s=b-rank(A),验证所有索受拉、杆受压,求最小索张力与临界外载;用扩展Maxwell判据 b-dj+k+s=m 判断机构与刚性,并通过几何刚度矩阵做预应力稳定性检验。
生物映射:可将微管视为压杆、肌动蛋白与中间纤维视为张力网络、肌动球蛋白收缩提供预应力,并把机械转导路径 ECM→整合素→黏着斑→肌动蛋白皮层→中间纤维→核纤层→染色质 逐尺度列出。
使用方式:输入系统描述、候选受压/受拉构件;可选提供材料属性、外载与边界条件、关注尺度、已知拓扑族。按六步流程执行:系统表征、类型分类、力平衡与预应力、Maxwell稳定性、生物跨尺度映射、综合评估与完整性分级(ROBUST/MARGINAL/FRAGILE)。
限制:资料未提供具体安装命令、代码或工具实现;属性缺失时需采用公开文献值;若构件非纯受拉则不属张拉整体,应改按常规桁架或框架分析;手算不适用于大系统,需用力密度法或数值零空间计算;并非所有生物结构在所有尺度上都符合张拉整体。