柔性張力結(jié)構(gòu)狀態(tài)與關(guān)鍵分析過(guò)程數(shù)值方法研究.pdf

1、柔性張力結(jié)構(gòu)是主要由受拉構(gòu)件構(gòu)成的以張力維持結(jié)構(gòu)形狀和剛度的結(jié)構(gòu)體系,一般包括:索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、索桿結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)。目前,柔性張力結(jié)構(gòu)分析狀態(tài)一般假設(shè)有零應(yīng)力態(tài)、預(yù)應(yīng)力態(tài)和荷載作用態(tài),以及基本的找形分析、預(yù)張力分析和荷載分析。隨著研究的不斷深入,這三個(gè)狀態(tài)已不能完整描述柔性張力結(jié)構(gòu)所包含的數(shù)值模擬分析狀態(tài)及真實(shí)物理狀態(tài),且基本的分析方法不能全面揭示狀態(tài)間的數(shù)理模型關(guān)系。因此,本文將深入研究柔性張力結(jié)構(gòu)的狀態(tài),并研究關(guān)鍵分析過(guò)程數(shù)值方法。

2、　　 基于柔性張力結(jié)構(gòu)分析全過(guò)程研究基礎(chǔ),第二章完善了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)、氣承式膜結(jié)構(gòu)、氣囊式膜結(jié)構(gòu)和柔性飛艇膜結(jié)構(gòu)的分析全過(guò)程狀態(tài),進(jìn)一步闡釋了狀態(tài)間的數(shù)理模型關(guān)系。在彈性平衡態(tài)和預(yù)應(yīng)力態(tài)之間增加理想零應(yīng)力態(tài),從彈性平衡態(tài)到理想零應(yīng)力態(tài)稱(chēng)為預(yù)張力松弛分析,從理想零應(yīng)力態(tài)到預(yù)應(yīng)力態(tài)稱(chēng)為預(yù)張力導(dǎo)入分析。從構(gòu)型零應(yīng)力態(tài)到構(gòu)型預(yù)應(yīng)力態(tài)稱(chēng)為成形過(guò)程分析?；诔尚螜C(jī)理不同,成形過(guò)程分為張拉成形和充氣成形。
　　 第三章對(duì)柔性張力結(jié)構(gòu)

3、預(yù)張力松弛分析進(jìn)行了研究。采用釋放邊界約束點(diǎn)或者充氣壓力卸載,釋放張力結(jié)構(gòu)體系預(yù)應(yīng)力。利用鉸接索桿體系平衡矩陣?yán)碚?提出了兩個(gè)求解柔性張力結(jié)構(gòu)理想零應(yīng)力態(tài)的方法:線(xiàn)性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法和非線(xiàn)性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法,并編制了相應(yīng)MATLAB程序。對(duì)呈線(xiàn)性行為的較小型張力結(jié)構(gòu),采用線(xiàn)性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法可得理想零應(yīng)力態(tài);但對(duì)呈較強(qiáng)非線(xiàn)性行為的大型張力結(jié)構(gòu),線(xiàn)性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法存在一定誤差,必須采用非線(xiàn)性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法求解。
　　 第四章研

4、究了柔性張力結(jié)構(gòu)的預(yù)張力導(dǎo)入分析方法。根據(jù)柔性張力結(jié)構(gòu)總勢(shì)能方程,推導(dǎo)出預(yù)張力導(dǎo)入控制方程,建立了通過(guò)移動(dòng)邊界節(jié)點(diǎn)和縮短主動(dòng)索無(wú)應(yīng)力長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)預(yù)張力導(dǎo)入的數(shù)值迭代計(jì)算方法。因柔性張力結(jié)構(gòu)初始零應(yīng)力態(tài)不存在幾何剛度,剛度矩陣奇異,提出假定初始應(yīng)力的概念,并以可行自應(yīng)力模態(tài)作為假定初始應(yīng)力,克服數(shù)值分析奇異。基于提出算法,編制了柔性張力結(jié)構(gòu)的預(yù)張力導(dǎo)入分析MATLAB程序,并用經(jīng)典算例驗(yàn)證算法的正確性。基于理想零應(yīng)力態(tài),通過(guò)預(yù)張力導(dǎo)入分析可得

5、預(yù)應(yīng)力態(tài)。算例分析表明,求解得到的預(yù)應(yīng)力態(tài)與找形平衡態(tài)完全一致,從而克服了目前預(yù)張力分析導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形狀改變和預(yù)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。
　　 第五章對(duì)柔性張力結(jié)構(gòu)成形過(guò)程進(jìn)行了研究。首先采用拋物線(xiàn)單元模擬柔性拉索,用動(dòng)力松弛法求解柔性張力結(jié)構(gòu)成形過(guò)程非穩(wěn)定平衡狀態(tài)及成形后的穩(wěn)定平衡態(tài)。針對(duì)車(chē)輻式索張力結(jié)構(gòu)體系,本文推導(dǎo)出考慮周邊梁柱體系協(xié)同作用的柔性張力結(jié)構(gòu)統(tǒng)一節(jié)點(diǎn)不平衡力方程,采用動(dòng)力松弛法對(duì)其進(jìn)行非線(xiàn)性迭代求解,編制MATLAB程序?qū)?/p>