膜結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)有分析方法及存在的問(wèn)題
一、膜結(jié)構(gòu)工程現(xiàn)有分析方法
膜結(jié)構(gòu)工程在設(shè)計(jì)分析過(guò)程中存在三大問(wèn)題,即形狀確定問(wèn)題(找形問(wèn)題)、荷載分析問(wèn)題和裁剪分析問(wèn)題.其中,形狀確定問(wèn)題是z基本的問(wèn)題,是后兩個(gè)問(wèn)題分析的基礎(chǔ).
目前,膜結(jié)構(gòu)工程的形狀確定問(wèn)題主要應(yīng)用的方法包括力密度法、動(dòng)力松弛法和非線性有限元法.其中,應(yīng)用z多,也z有效的方法,當(dāng)屬非線性有限元法.力密度法是由Linkwitz及Schek等提出的一種用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形方法,若將膜離散為等代的索網(wǎng),該方法也可用于膜結(jié)構(gòu)工程的找形.所謂力密度是指索段的內(nèi)力與索段長(zhǎng)度的比值.邯鄲膜結(jié)構(gòu)
把索網(wǎng)或等代的膜結(jié)構(gòu)工程看成是由索段通過(guò)結(jié)點(diǎn)相連而成.在找形時(shí),邊界點(diǎn)為約束點(diǎn),中間點(diǎn)為自由點(diǎn),通過(guò)指定索段的力密度,建立并求解結(jié)點(diǎn)的平衡方程,可得各自由結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo),即索網(wǎng)的外形.不同的力密度值,對(duì)應(yīng)不同的外形,當(dāng)外形符合要求時(shí),由相應(yīng)的力密度即可求得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布值.動(dòng)力松弛法是一種求解非線性問(wèn)題的數(shù)值方法,從二十世紀(jì)七十年代開始被應(yīng)用于索網(wǎng)及膜結(jié)構(gòu)的找形.動(dòng)力松弛法從空間和時(shí)間兩方面將結(jié)構(gòu)體系離散化.空間上將結(jié)構(gòu)體系離散為單元和結(jié)點(diǎn),并假定其質(zhì)量集中于結(jié)點(diǎn)上.
如果在結(jié)點(diǎn)上施加激振力,結(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生振動(dòng),由于阻尼的存在,振動(dòng)將逐步減弱,z終達(dá)到靜力平衡.時(shí)間上的離散是針對(duì)結(jié)點(diǎn)的振動(dòng)過(guò)程而言的.動(dòng)力松弛法不需要形成結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣,在找形過(guò)程中,可修改結(jié)構(gòu)的拓?fù)浜瓦吔鐥l件,計(jì)算可以繼續(xù)并得到新的平衡狀態(tài),用于求解給定邊界條件下的平衡曲面.
非線性有限元法是應(yīng)用幾何非線性有限元法理論,建立非線性方程組進(jìn)行求解的一種方法,是目前膜結(jié)構(gòu)工程分析z常用的方法,其基本算法有兩種,即從初始幾何開始迭代和從平面狀態(tài)開始迭代.
前者是首先建立滿足邊界條件和外形控制的初始幾何形態(tài),并假定一組預(yù)應(yīng)力分布,一般情況下初始的結(jié)構(gòu)體系不滿足平衡條件,處于不平衡狀態(tài),這時(shí)再采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄇ蠼庖粋(gè)非線性方程組,求出體系的平衡狀態(tài).后者是假定材料的彈性模量很小,即單元可以自由變形,初始形態(tài)是一個(gè)平面,然后逐步提升體系的支撐點(diǎn)達(dá)到指定的位置,由于單元可以自由變形,所以體系的內(nèi)力就保持不變.達(dá)到z終平衡狀態(tài)時(shí),體系的內(nèi)力為預(yù)先指定的值;為了保證計(jì)算的穩(wěn)定性,支座需要分段提升.
相關(guān)標(biāo)簽：