索膜結(jié)構(gòu)非線性有限元分析.pdf

1、索膜結(jié)構(gòu)的突出特點(diǎn)之一就是形狀的多樣性，曲面存在著無限的可能性，其設(shè)計(jì)也迥異于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。由于索膜結(jié)構(gòu)屬于柔性結(jié)構(gòu)，變形后位移很大，所以在計(jì)算中必須考慮其幾何非線性。我國在這方面的研究近幾年才開始，尚不夠成熟，相關(guān)書籍也不多。
　　 本文首先簡要介紹了索膜結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和薄膜結(jié)構(gòu)的分類及特點(diǎn)，在薄膜結(jié)構(gòu)分類中，張拉索膜結(jié)構(gòu)是應(yīng)用最為廣泛和靈活的一種膜結(jié)構(gòu)類型，這是本文研究的重點(diǎn)。索膜結(jié)構(gòu)的分析是由初始形態(tài)確定、受荷分析和薄膜裁剪

2、這三部分構(gòu)成，這三部分相互聯(lián)系、相互制約。柔性的索膜材僅當(dāng)加以適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力時才具有確定的形狀和抵抗外荷載的能力，才能真正成為“結(jié)構(gòu)”，因此初始形態(tài)分析在膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有非常重要的意義。對于初始形態(tài)分析，現(xiàn)有的研究方法主要有三種，分別是力密度法、動力松弛法和非線性有限元法。這三種方法各有利弊，由于非線性有限元法具有較好的計(jì)算精度，所以本文選用了這種方法。
　　 其次，現(xiàn)在幾乎所有索膜軟件和理論都是基于空間三角形平面膜單元與空間兩節(jié)

3、點(diǎn)直線桿單元的組合。且該類軟件也為數(shù)不多，有些軟件功能還不完善。重慶大學(xué)研究生蘇文章(2005)、李仁佩(2006)提出了一種精度較高且計(jì)算工作量較小的四節(jié)點(diǎn)等參索單元理論，并成功運(yùn)用于單索結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析中。本文在此基礎(chǔ)上提出了一種新型的單元組合形式，即四節(jié)點(diǎn)等參索單元與空間三角形平面膜單元組合，其目的是將四節(jié)點(diǎn)等參索單元理論推廣到索膜結(jié)構(gòu)研究分析中。在簡要介紹了鋼索和膜材的物理力學(xué)性能后，本文基于空間三角形平面膜單元和四節(jié)點(diǎn)等參索

4、單元的有限元理論，推導(dǎo)了其有限元平衡方程，并組合成索膜結(jié)構(gòu)有限元平衡方程。
　　 為了驗(yàn)證該理論的正確性，本文使用了MATLAB語言，分別編制了兩節(jié)點(diǎn)直線索單元與三角形平面膜單元組合的找形程序(C2M3)和四節(jié)點(diǎn)等參索單元與三角形平面膜單元組合的找形和荷載分析程序(C4M3)。并使用若干算例，進(jìn)行了兩個程序找形的對比。同時又運(yùn)用CAFA、3D3S和ANSYS等軟件進(jìn)行計(jì)算與所編程序進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)此類單元組合，不僅滿足計(jì)算精度，而