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膜結構設計介紹

　　用曲面(miàn)有限單元建立的膜結構分析理論

　　膜結構的設計可分為三個步驟：

　　(1)找出一個初始平衡形狀;

　　(2)各種(zhǒng)荷載組合下的力學(xu就服é)分析以保證安全;

　　(3)裁剪制作。發(fā)達國(g到間uó)家從六十年代起(qǐ)開(kāi)始提出多種(zhǒng)計算算市方法，

　　到(dào)目前為止以有限元法那子為最先進(jìn)、最普遍被(bèi)采用的方法。而單元類型皆為靜分三角形平面(miàn)常應變單元，該方法是從剛性闆殼大也醫變形理論移植過(guò)來的。

　　從以下分析可以看到(dào)，膜結構作為隻能(néng)抗拉的軟殼體妹男是不适宜采用這(zhè)種(zh作個ǒng)平面(miàn)單元的答城，因為對(duì)于剛性殼體來說(海拍shuō)，這(zhè)種(zhǒng)平闆單元可以看一請成(chéng)平面(miàn)應力單鐵舊元和平闆彎曲單元的組合，其單元剛陣可以由這(zhè)兩(你工liǎng)種(zhǒng)單站弟元剛陣合并而成(chéng)。而膜結構作為軟殼體是不能(n笑東éng)抗彎的，隻能(néng)靠薄膜曲面(miàn)的這日曲率變化，從而引起(qǐ)膜表面(miàn)中内力重分布好工來抵抗垂直于曲面(miàn)的外荷載麗有。如果還(hái)是采用這(zhè)種(zh話謝ǒng)隻有平面(miàn)内應力街弟的闆單元，則應變的線性部分將(jiāng)不反映土場平面(miàn)外z方向(xiàng)位移的影響，這(zhè)北的導緻單元不包含z方向(xiàng)節點反力朋們，就(jiù)每個單元來說(shuō)靜力是不平衡的。所幸的是應變的非線可見性部分考慮了z向(xiàng)位移的影響，使得各兒女單元合并起(qǐ)來的總的平衡方程通過(guò)不斷叠代能(腦放néng)近似達到(dào)平衡，缺點是需要過(guò)多的平面(miàn)南懂内位移來滿足平衡的要求，而實際情況是隻需要一定的平面(m媽坐iàn)外和平面(miàn)内的位移及曲率變化就(jiù)可以什裡了。

　　考慮到(dào)這(zhè)些，我國(guó)膜結構技術人員在國(gu了拍ó)際上首次采用曲面(miàn)膜單元，應變的線性費大部分引入了z向(xiàng)位移及單元的曲率和扭率，非線性部分高村仍然保留z向(xiàng)位移的影響項。這(zhè)樣(yàng)無論是每個現白單元還(hái)是各單元合并後(hòu)的空得平衡方程都(dōu)能(néng)很容易滿足，叠代次數大為減少，醫友而變形結果也更符合真實情況。而且由于單元内各點應力都(dōu)不相河金同，據此判斷皺折是否出現會(huì)更為精确。最後(hòu)求出下師的每個單元的曲率和扭率對(duì)于判學子斷初始找形的正誤和優劣以及裁剪下料都(dōu)能(néng)提供很多非河唱常有用的信息。

　　用曲面(miàn)有限單元建立的膜結構找形及内力計算方他城法極小曲面(miàn)具有非常完美的表面(miàn)形狀和船日應力狀态，是膜結構最合理的理想初始狀态東腦。所謂極小曲面(miàn)是指在給定邊匠黃界條件下面(miàn)積最小的曲面(miàn)。在這(z快車hè)個曲面(miàn)上任意一點的應力我近都(dōu)相等。發(fā)達國(guó)家從六十年代起(qǐ)開(kā弟輛i)始對(duì)膜結構找形提出多種(zhǒng)計算方法，對間如物理模型法,力密度法,動力松馳法等，師月到(dào)目前為止以有限元法為最先進(靜道jìn)、最普遍采用的方法。不僅國(guó)内，迄今國(guó)外的計照北算理論也都(dōu)是以平面(miàn)膜單元作為膜結構的計算模型。該方法是從科間剛性闆殼大變形理論移植過(guò)來的。膜結構紙廠作為隻能(néng)抗拉的軟殼體是不适宜采吃問用這(zhè)種(zhǒng)平面(mià輛爸n)單元的，其缺點是需要過(guò)多的平面(miàn)内位移來滿足平衡的要求計國，而實際情況是隻需要一定的平面(miàn)場購外和平面(miàn)内的位移及曲率變化的站就(jiù)可以了。其後(hòu)果就(jiù)是報能在後(hòu)面(miàn)要進(jìn)生麗行的内力計算時(shí)，代入真實材料常數後(筆下hòu)，由于前面(miàn)找形得到(dào)的極小曲面時來(miàn)與實際可能(néng)存在的膜結構形狀的差距在視覺上可輛爸能(néng)不大，但對(duì)計算來說得小(shuō)卻是不能(néng)忽視的，因此計算很容易發(fā)冷城散或出現皺折。這(zhè)也是前面(miàn視土)其他方法的共同缺點，他們往往把這(zhè)一連貫的過(guò)相技程區分成(chéng)理想化的找形和實際驗算兩報機(liǎng)個階段，也就(jiù開謝)不能(néng)保證找出的形狀都(dōu)能(néng)用真實的膜材建成亮靜(chéng)等應力極小曲面(miàn)照家。