索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、索膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程可以分為三個(gè)階段.第一階段是找形設(shè)計(jì)階段.即在建筑師給定預(yù)想的曲面形狀的前提下,找出與此曲面相接近的初始平衡狀態(tài)-初始張力的大小、分布和幾何形狀.第二階段是荷載分析階段,即找形分析獲得的曲面在各種可能荷載組合的作用下,求解其變形、位移、索膜內(nèi)力及判別薄膜是否有褶皺產(chǎn)生或索是否有松弛現(xiàn)象.第三階段是裁剪設(shè)計(jì)階段,其目的是將已經(jīng)通過(guò)荷載分析的三維膜曲面轉(zhuǎn)化成離散的平面膜片,在市售的薄膜卷材上進(jìn)行下料分析,獲得可以施工的裁剪

2、下料圖.對(duì)于索膜找形分析,目前普遍常用的是非線形有限元法、動(dòng)力松弛法和力密度法.但以上每一種方法都存在著缺陷.該文將動(dòng)力松弛法和非線性有限元法合為一體,提出了全新的綜合設(shè)計(jì)法.此種方法比非線性有限元格式的精度有所提高,收斂速度也比動(dòng)力松弛格式快得多.同時(shí)針對(duì)找形分析中的動(dòng)力松弛格式,該文提出了全新的控制網(wǎng)格變形的動(dòng)力松弛法,此方法能夠有效地解決膜結(jié)構(gòu)找形分析中網(wǎng)格的大變形問(wèn)題,克服了在曲率較小處網(wǎng)格過(guò)于稀疏的缺陷,在曲率較小處保證了單元

3、的密度和初始構(gòu)形的精度,并且收斂性較好,為準(zhǔn)確進(jìn)行荷載分析和裁剪分析奠定了基礎(chǔ).對(duì)于靜力分析,該文提出了全新的考慮膜材主軸方向的非線性有限元法.對(duì)雙曲形和傘形索膜結(jié)構(gòu),分別計(jì)算了索膜結(jié)構(gòu)在不同參數(shù)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng),得到了各個(gè)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力性能的影響,指出了膜材主軸方向在靜力分析中不可忽視.風(fēng)荷載是設(shè)計(jì)中的控制荷載.該文針對(duì)封閉式薄膜結(jié)構(gòu)和敞開(kāi)式薄膜結(jié)構(gòu)推導(dǎo)了全新的非線性流固耦合風(fēng)振響應(yīng)公式,其中耦合因素包括附加空氣質(zhì)量、氣承剛度和聲致阻尼以

4、及相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度,并將此理論應(yīng)用于一氣彈模型的計(jì)算,獲得了位移、速度、加速度時(shí)程以及加速度均方根.計(jì)算值同試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,證明了該方法的正確性.膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析,主要包括裁剪線的確定、曲面的展開(kāi)和張力釋放.對(duì)于裁剪線的確定,該章采用了曲面的最短線-測(cè)地線.根據(jù)最小勢(shì)能原理,詳細(xì)推導(dǎo)了全新的測(cè)地線生成的非線性有限單元法.對(duì)于曲面的展開(kāi),詳細(xì)推導(dǎo)了全新的基于彈簧-質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的薄膜結(jié)構(gòu)曲面展開(kāi)算法.同時(shí),對(duì)曲面展開(kāi)常用的非線性有限元法進(jìn)行了研究