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张力膜结构初始形态分析的曲面四边形单元

张力膜结构初始形态分析的曲面四边形单元

作者：纵智育清华大学

学位级别：硕士

张力膜结构是依靠一定的预张力和曲面挠曲来抵抗外荷载的。张力膜结构的初始形状不能随意选择,它必须符合平衡条件和建筑使用要求。本文根据几何非线性有限元理论,提出张力膜结构初始形态分析的8结点曲面四边形等参单元。主要研究成果如... 详细信息

张力膜结构是依靠一定的预张力和曲面挠曲来抵抗外荷载的。张力膜结构的初始形状不能随意选择,它必须符合平衡条件和建筑使用要求。本文根据几何非线性有限元理论,提出张力膜结构初始形态分析的8结点曲面四边形等参单元。主要研究成果如下:依据非线性有限元理论,选取应力和应变的度量方式,推导适用于膜结构大位移小应变问题的有限元表达格式;研究曲线坐标系中曲面膜单元的计算方法,在应变的线性部分引入法向位移及单元曲率和扭率的影响;给出单元位移模式和插值函数,推导膜单元的刚度矩阵和结点力列阵;简单讨论非线性方程组的解法;对膜材料的应力-应变关系曲线以及在实际分析中近似模拟的原因进行了分析;对膜单元正交异性进行了研究,给出了材料主轴坐标系和局部坐标系的转换关系;研究张力膜结构找形分析中几个特殊问题的处理,极小曲面、褶皱现象等。同时,推导3结点曲线索单元的有限元分析公式。研究用有限元方法分析膜结构初始形态的全过程。本文的另一项工作:为了验证曲面四边形的求解结果,选用常应变三角形单元作为比较。给出采用常应变三角形单元配合使用2结点直线索单元进行张力膜结构的找形分析的公式。本文选用FORTRAN90语言,分别采用曲面四边形等参单元和常应变三角形单元以及相应的索单元,编制几何非线性有限元程序,实现膜结构初始形态分析的数值计算,并给出算例分析和比较。数值算例表明本文提出的方法是高效、稳定和可靠的。曲面模拟更为精确,可以通过较少的迭代步数,获得较高的精度,满足实际工程的需要,且对单元的划分形式不敏感,误差均匀,求解结果稳定。

关键词：张力膜结构初始形态分析曲面四边形等参单元几何非线性有限元法极小曲面褶皱

基于新型索单元模型理论的索网结构初始形态分析及静力分析

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重庆建筑 2006年第6期29卷 77-81页

作者：李仁佩苏文章武建华于海祥重庆大学土木工程学院

针对大型空间结构索网分析中两个核心问题——索网结构的初始形态分析和受力分析,本文基于文献[1]提出的四节点等参曲线索单元模型理论,进行索网的初始形态分析和静力分析,编制相应的计算程序进行了实例计算,并和大型通用有限元分析软件... 详细信息

针对大型空间结构索网分析中两个核心问题——索网结构的初始形态分析和受力分析,本文基于文献[1]提出的四节点等参曲线索单元模型理论,进行索网的初始形态分析和静力分析,编制相应的计算程序进行了实例计算,并和大型通用有限元分析软件ANSYS计算结果进行对比,证明了该理论的正确性和适用性,为这种新型的等参元模型理论在索网结构全过程分析应用中的推广提供了有力的依据。

关键词：索网结构初始形态分析静力分析四节点等参元

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浮空膜结构初始形态与荷载效应分析

浮空膜结构初始形态与荷载效应分析

作者：张蓓蓓天津大学

学位级别：硕士

浮空膜结构是将航空领域中的浮空器理念引入建筑膜结构领域而产生的一种新型膜结构形式。本文以自动元胞机理论为基础,提出一种新的膜结构分析方法,并利用自行开发的动力仿真系统对这种新型的膜结构体系——浮空膜结构进行初始形态以及... 详细信息

浮空膜结构是将航空领域中的浮空器理念引入建筑膜结构领域而产生的一种新型膜结构形式。本文以自动元胞机理论为基础,提出一种新的膜结构分析方法,并利用自行开发的动力仿真系统对这种新型的膜结构体系——浮空膜结构进行初始形态以及荷载效应分析,通过分析研究对这种浮空结构的工程可行性进行鉴定。基于自动元胞机理论的膜结构计算方法是将自动元胞机的仿真分析思想与传统膜结构计算分析的动力松弛法相结合,将加载过程中荷载的动力效应引入到动力松弛法中,得到一种新的膜结构计算分析方法。并基于此计算方法,在Visual Studio平台下编写程序,开发出膜结构的动力仿真系统,以此对浮空膜结构进行分析研究。本文对浮空膜结构的研究主要围绕一个典型的浮空膜结构实例——浮空单元展开。通过初始形态分析,确定浮空单元在不考虑自重作用下的平衡曲面形状,分析平衡曲面各节点的位移以及杆件的内力是否满足要求,并进一步研究自重在初始形态分析中所产生的影响。另外,在初始形态分析的基础上,对浮空单元进行荷载效应分析。通过分析结构在重物、雪荷载以及动力风荷载作用下的受力情况,得出结构在各种荷载工况作用下的位移以及内力,对浮空单元的工程可行性做出评定。本文基于自动元胞机理论,对浮空膜结构的分析,提出了一种崭新的计算方法,丰富了膜结构的计算分析手段,对于浮空膜结构分析理论的建立具有一定的启发作用。对于浮空单元工程可行性的分析又为该种结构实际应用于城市雕塑、商业广告以及空中通信平台等提供了理论支持,对浮空膜结构的工程应用与发展,起到了积极的推动作用。

关键词：浮空膜结构自动元胞机初始形态分析荷载效应分析

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非线性有限元法分析张拉整体结构初始形态

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2007年第6期23卷 900-904页

作者：卢成江吴知丰赵洪斌哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程... 详细信息

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程序迭代计算的收敛性问题.并应用初始形态分析程序计算确定了张拉整体三棱柱的初始形态.结论基于虚功原理迭代方程编写的初始形态分析程序可以有效确定张拉整体结构的初始形态.通过算例分析提出了张拉整体单体给定预应力态及初始几何选取的合理建议.

关键词：张拉整体初始形态分析几何非线性有限单元法

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索膜接触对气承式膜结构雪荷载响应的影响

空间结构 2023年第1期29卷 75-82页

作者：闫啸林何艳丽赵彦国北京工业大学城市建设学部北京100124 世源科技工程有限公司北京100142

索网加劲气承式膜结构是典型的非线性柔性大跨空间结构,在雪作用下膜结构的破坏时有发生.对于索网加劲气承式膜结构的设计,通常将结构的索网与膜面简化为直接连接,忽略索网与膜面之间的摩擦和滑移,这种简化处理对大跨气承式膜结构的设... 详细信息

索网加劲气承式膜结构是典型的非线性柔性大跨空间结构,在雪作用下膜结构的破坏时有发生.对于索网加劲气承式膜结构的设计,通常将结构的索网与膜面简化为直接连接,忽略索网与膜面之间的摩擦和滑移,这种简化处理对大跨气承式膜结构的设计安全造成一定的隐患.本文利用ANSYS软件,将气承式膜结构的索与膜之间的摩擦滑移作为接触问题来考虑,建立接触模型,并对其进行初始形态分析和雪荷载作用下的响应分析.结果表明:当不考虑索膜接触滑移的影响时,索网对膜面的约束作用会被高估,计算得到膜面位移偏小,索网轴力偏大且容易出现应力集中的现象;考虑索膜接触分析时,索网对膜面约束能力下降,尤其是在不均匀雪荷载作用下,膜面位移明显增加,在局部雪荷载较大部位处的膜面和索网甚至会发生分离.因此需要考虑索膜接触滑移才能正确进行气承式膜结构在雪荷载下的响应分析,避免安全事故的发生.

关键词：气承式膜结构接触分析初始形态分析雪荷载分析

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大连梭鱼湾专业足球场罩棚膜结构设计

建筑结构 2024年第16期54卷 100-106页

作者：王金来水金锋刘楠孙明川陈一王金鑫李东方乔达大连市建筑科学研究设计院股份有限公司大连116021 北京市建筑设计研究院有限公司北京100045 中国建筑第八工程局有限公司东北分公司大连116021

大连梭鱼湾专业足球场罩棚膜结构采用张拉膜结构体系,膜结构沿屋盖两个对称轴1/4对称,主膜内环外环间共336个三角形膜单元,各膜以上斜索为谷索,屋盖设置五圈环向膜拱。屋盖覆盖材料采用PTFE膜材,内挑棚区域采用ETFE气枕。依据风洞试验... 详细信息

大连梭鱼湾专业足球场罩棚膜结构采用张拉膜结构体系,膜结构沿屋盖两个对称轴1/4对称,主膜内环外环间共336个三角形膜单元,各膜以上斜索为谷索,屋盖设置五圈环向膜拱。屋盖覆盖材料采用PTFE膜材,内挑棚区域采用ETFE气枕。依据风洞试验和风致雪漂移数值模拟报告,对罩棚膜结构进行计算分析得出,在第一类荷载组合和第二类荷载组合作用下,罩棚膜结构经纬向应力均满足规范要求,标准组合下变形满足规范要求,结构设计指标均满足结构设计性能目标要求。另外,对膜面较大的单元设置膜面索可有效提高膜单元刚度及承载力,主拱间合理设置次拱可减小膜承载面积,提高膜单元刚度及承载力。

关键词：大连梭鱼湾专业足球场张拉膜结构 PTFE膜材初始形态分析经纬向应力膜面索膜拱

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膜结构支承骨架承载能力鉴定

建材世界 2020年第6期41卷 51-54页

作者：陈虹丽福建省建研工程检测有限公司福州350008 福建省绿色建筑技术重点实验室福州350025

该文以某骨架式膜结构工程为实例,介绍了膜结构支承骨架与普通钢结构相比,在检测及鉴定方面的不同,并重点论述了支承骨架线形测量对膜初始形态分析的重要性和承载能力分析过程中风荷载的施加方式。

关键词：骨架式膜结构检测鉴定初始形态分析风荷载

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索撑网壳初始索力确定及静力稳定性研究

索撑网壳初始索力确定及静力稳定性研究