<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">cheb</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Чебышевский сборник</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Chebyshevskii Sbornik</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2226-8383</issn><publisher><publisher-name>Tula State Lev Tolstoy  Pedagogical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.22405/2226-8383-2015-16-3-306-321</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">cheb-216</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Статьи</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>Article</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>НАПРЯЖЁННОСВЯЗАННЫЕ КОНСТРУКЦИИ</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>ON TENSEGRITY FRAMEWORKS</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Ковалёв</surname><given-names>М. Д.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kovalev</surname><given-names>M. D.</given-names></name></name-alternatives><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff xml:lang="ru" id="aff-1"><institution>Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.</institution><country>Russian Federation</country></aff><pub-date pub-type="collection"><year>2015</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>06</day><month>07</month><year>2016</year></pub-date><volume>16</volume><issue>3</issue><fpage>306</fpage><lpage>321</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Ковалёв М.Д., 2016</copyright-statement><copyright-year>2016</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Ковалёв М.Д.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Kovalev M.D.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/216">https://www.chebsbornik.ru/jour/article/view/216</self-uri><abstract><p>Рассматриваются идеальные конструкции, составленные из жестких рычагов, нерастяжимых веревок и несжимаемых распорок. По английски такие конструкции называют „tensegrity frameworks“, что можно перевести как напряженносвязанные конструкции. В частном случае конструкций, составленных из одних лишь рычагов, — это обычные шарнирно- рычажные конструкции. В последнее время напряженносвязанные конструкции все шире применяются в архитектуре и строительстве, например, строительстве мостов. В русской инженерной литературе они называются вантовыми. В англоязычной математической литературе геометрические свойства таких конструкций изучаются с семидесятых годов прошлого века. Данная статья, по-видимому, первая в отечественной математической литературе, посвященная этому вопросу. Она носит ознакомительно-обзорный характер. Вводится математическая формализация напряженносвязанных конструкций в духе работ автора по шарнирно-рычажным конструкциям. Эта формализация включает оригинальную терминологию, вовсе не сводящуюся к заимствованию английских слов. Рассматриваются лишь незакрепленные конструкции. Стяжками называем конструкции, допускающие внутреннее напряжение, и не допускающие непрерывной деформации с изменением формы. Возникает понятие определенной стяжки, то есть такой, которую из данных элементов можно собрать в заданном порядке единственным способом, с точностью до движений в пространстве как жесткого целого. Естественно возникает и понятие вполне определенной стяжки, как стяжки определенной не только в том евклидовом пространстве, где она построена, но и во всех евклидовых пространствах большего числа измерений. Основное внимание уделяется задаче — когда стяжка является определенной? Для решения задачи эффективен метод рассмотрения определенным образом выбранной функции – потенциальной энергии конструкции. Ищутся конструкции, для которых эта потенциальная энергия минимальна. Метод подробно изложен в статье. Приведено доказательство основной теоремы, дающей достаточное условие сверхопределённости стяжки. Фундаментальное значение в исследовании играет рассмотрение внутренних напряжений конструкции и ее матрицы напряжений, через которую записывается потенциальная энергия. Приведены примеры применения этой теоремы к плоским и пространственным конструкциям. В целом данная тематика еще недостаточно разработана, и в настоящее время активно развивается. В конце статьи приведены открытые вопросы.</p><p> </p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Ideal designs, made of rigid bars (levers), inextensible cables and incompressible struts are considered. In English such constructions are called "tensegrity frameworks". In the particular case of structures composed of only the levers, — this is a bar and joint frameworks. In recent times the tensegrity frameworks are increasingly used in architecture and construction, for example, the construction of bridges. In English mathematical literature geometric properties of such structures were studied since the seventies of the last century. This article is apparently the first in Russian mathematical literature devoted to this topic. It is a breath survey to the theory of tensegrity frameworks. It introduces mathematical formalization of tensegrity frameworks in the spirit of the work of the author on hinge mechanisms. This formalization includes original Russian terminology, not reducible to the borrowing of English words. Only not pinned tensegrity frameworks are investigated. We call a tensegrity frameworks, allowing the internal stress, and not allowing a continuous deformation with a change of form, — a truss. A truss that can’not be assembled in a different way to be not congruent to initial one is called Globally Rigid. If a tensegrity frameworks is Globally Rigid in Rn and also Globally Rigid in every RN for N &gt; n it is called Universally Rigid. We focus on the problem — when a given tensegrity framework is Globally Rigid? We consider an effective method for solving this problem, based on investigation of particular function – the potential energy of the structure. We search a tensegrity frameworks for which this potential energy is minimal. The method is described in detail in the article. The main theorem, giving a sufficient condition of Universal Rigidity of tensegrity framework is proved in details. The study of internal stresses of a tensegrity framework and its stress matrix, by means of which the potential energy is written, is of fundamental importance. Examples of applications of this theorem to planar and spatial tensegrity frameworks are presented. In general, this subject is not yet sufficiently developed, and is currently actively investigated. At the end of the article some open questions are formulated.</p><p> </p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>напряженносвязанные конструкции</kwd><kwd>стяжки</kwd><kwd>определенность</kwd><kwd>потенциальная энергия</kwd><kwd>матрица напряжений</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>Tesegrity frameworks</kwd><kwd>global rigidity</kwd><kwd>potential function</kwd><kwd>stress matrix</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ковалев, М.Д. Геометрическая теория шарнирных устройств // Изв. РАН Сер. матем. 58 : 1, 1994, C. 45–70.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kovalev, M. D. 1994, "Geometric theory of linkages" , Izv. Ross. Akad. Nauk Ser. Mat., vol. 58, no. 1, pp. 45–70 (Russian); translation in Russian Acad. Sci. Izv. Math., vol. 44 (1995), no. 1, pp. 43–68.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ковалев М.Д., Вопросы геометрии шарнирных устройств и схем // Вестник МГТУ. Серия Машиностроение. № 4, 2001, C. 33–51.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kovalev, M. D. 2001, "Questions geometry hinged devices and schemes" , Vestnik MSTU. Mechanical Engineering Series., № 4, pp. 33–51. (Russian)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ковалев, М.Д. О распрямленных шарнирных конструкциях.// Математический сборник. т.195, № 6, 2004, С. 71 – 98.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kovalev, M. D. 2004, "Straightenable hinged frameworks" , Mat. Sb., vol. 195, no. 6, pp. 71–98 (Russian); translation in Sb. Math., vol. 195 (2004), no. pp. 5–6, 833–858.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R. Rigidity and Energy // Invent. Math. v.66, № 1, 1982, P. 11–33.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. 1982, "Rigidity and Energy" , Invent. Math., vol. 66, № 1, pp. 11–33.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R. Rigidity. / Chapter 1.7 in Handbook of Convex Geometry, Volume A, Edited by P.M.Gruber and J.M. Wills, Elsevier, 1993.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. 1993, "Rigidity. / Chapter 1.7 in Handbook of Convex Geometry, Volume A, Edited by P. M. Gruber and J. M. Wills" , Elsevier.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Asimov L., Roth B. The rigidity of Graphs. II. // Journal of Math. analysis and appl. V.68, № 1, 1979, P. 171–190.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Asimov, L. &amp; Roth, B. 1979, "The rigidity of Graphs. II." , Journal of Math. analysis and appl., vol. 68, № 1, pp. 171–190.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Crapo H., Whiteley W. Statics of Frameworks and Motions of Panel Structures, a Projective Geometric Introduction // Structural Topology. № 6, 1982, P. 43 – 82.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Crapo, H. &amp; Whiteley, W. 1982, "Statics of Frameworks and Motions of Panel Structures, a Projective Geometric Introduction" , Structural Topology, № 6, pp. 43 – 82.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R. The Rigidity of Certain Cabled Frameworks and the Second-Order Rigidity of Arbitrarily Triangulated Convex Surfaces // Advances in Math. v.37. № 3. 1980. P. 272–299.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. 1980, "The Rigidity of Certain Cabled Frameworks and the Second-Order Rigidity of Arbitrarily Triangulated Convex Surfaces" , Advances in Math., vol. 37, № 3, pp. 272–299.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Roth B., Whiteley W. Tensegrity Frameworks. Trans. Amer. Math. Soc. // 265 № 2. 1981. P. 419–446.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Roth, B. &amp; Whiteley, W. 1981, "Tensegrity Frameworks" , Trans. Amer. Math. Soc., vol. 265, № 2, pp. 419–446.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Grunbaum B., Shepard G. Rigidity of Polyhedra, Frameworks and Cabled Frameworks // Abstract 760 - D3, Notices Amer. Math. Soc. 25, 1978, A - 642.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grunbaum, B. &amp; Shepard, G. 1978, "Rigidity of Polyhedra, Frameworks and Cabled Frameworks" , Abstract 760 — D3, Notices Amer. Math. Soc., vol. 25, A — 642.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R., Terrell M. Globally rigid symmetric tensegrities Dual FrenchEnglish text. // Structural Topology № . 21, 1995, P. 59 – 78.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. &amp; Terrell, M. 1995, "Globally rigid symmetric tensegrities Dual French-English text" , Structural Topology № . 21, pp. 59 – 78.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R. Generic global rigidity.// Discrete Comput. Geom., 33(4), 2005, P. 549 – 563.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. 2005, "Generic global rigidity" , Discrete Comput. Geom., vol. 33(4), pp. 549 – 563.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R., Whiteley W. Global rigidity. The effect of coning. // Discrete Comput. Geom., 43, 2010, P. 717 – 735.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. &amp; Whiteley, W. 2010, "Global rigidity. The effect of coning" , Discrete Comput. Geom., vol, 43, pp. 717 – 735.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R. What is ... a tensegrity? // Notices Amer. Math. Soc., 60(1), 2013, P. 78 – 80.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. 2013, "What is ... a tensegrity?" , Notices Amer. Math. Soc., vol. 60(1), pp. 78 – 80.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Connelly R., Gortler S. Iterative Universal Rigidity / arXiv:1401.7029v2 [math.MG] 28 Jan 2015</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Connelly, R. &amp; Gortler, S. 2015, "Iterative Universal Rigidity" arXiv: 1401. 7029v2 [math.MG] 28 Jan 2015</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
