考慮邊界變形的薄膜結(jié)構(gòu)找形分析.pdf

1、索膜結(jié)構(gòu)是近年來新發(fā)展起來的一種空間結(jié)構(gòu)形式,它以性能優(yōu)良的柔性織物為材料,用柔性或勁性索或剛性支撐結(jié)構(gòu)將膜面張緊,從而形成具有一定剛度并能承擔(dān)一定外荷載的大跨度空間體系.與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)不同的是薄膜結(jié)構(gòu)不能抗壓、抗彎,對外荷載的抵抗通過膜面曲率的變化和內(nèi)力重分布來實(shí)現(xiàn).所以薄膜結(jié)構(gòu)就有一個找形過程,尋找一個滿足平衡條件和其他要求的初始平衡狀態(tài),這是薄膜設(shè)計(jì)的首要問題,也是至關(guān)重要的一步.然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行靜載分析.該文發(fā)展建立了在考慮邊界變

2、形條件下的薄膜結(jié)構(gòu)找形分析理論.利用非線性有限元法,從一假定初始狀態(tài)開始,尋找滿足邊界條件的平衡狀態(tài).并且編制了考慮邊界變形的找形及受力分析程序.通過算例表明在薄膜設(shè)計(jì)中,不應(yīng)該忽略邊界變形作用.這一問題的解決,使下一步的靜載分析成為可能.根據(jù)固體力學(xué)大變形理論,該文推導(dǎo)了薄膜結(jié)構(gòu)的幾何非線性有限元分析公式.討論了非線性方程組迭代求解方法.推導(dǎo)了三維坐標(biāo)下考慮大變形的索和桿的剛度矩陣.針對以往薄膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中把膜單元取為三角形平面常應(yīng)變單

3、元的不足,該文采用四邊八點(diǎn)曲面等參元來分析薄膜結(jié)構(gòu),在應(yīng)變的線性部分,引入了z方向的位移,在非線性部分保留z方向位移的影響.這樣使得迭代次數(shù)減少,而結(jié)果更適合真實(shí)情況.并建立了位移和不平衡力兩種收斂準(zhǔn)則,以保證計(jì)算結(jié)果的收斂和準(zhǔn)確.討論了初始預(yù)張力、荷載對薄膜結(jié)構(gòu)幾何非線性的影響.比較了在各種外力作用下,薄膜結(jié)構(gòu)變形、內(nèi)力響應(yīng)的過程.考慮了對皺折單元的處理.該文編制了初始形狀確定,荷載分析的程序.有針對的給出一些算例,得到一些有益的結(jié)論