膜结构现有分析方法及存在问题.docx

膜结构现有分析方法及存在问题 膜结构现有分析方法及存在问题 膜结构现有分析方法及存在问题 膜构造现有剖析方法及存在的问题 1、现有剖析方法 膜构造在设计剖析过程中存在三大问题，即形状确立问题（找形问题） 、荷载剖析头号题和裁剪剖析问题。此中，形状确立问题是最基本的问题，是后两个问 题剖析的基础。 当前，膜构造的形状确立问题主要应用的方法包含力密度法、动力废弛法和非线性有限元法。此中，应用最多，也最有效的方法，当属非线性有限元法。 力密度法是由 Linkwitz 及 Schek 等提出的一种用于索网构造的找形方法，若将膜失散为等代的索网，该方法也可用于膜构造的找形。所谓力密度是指索段的 内力与索段长度的比值。把索网或等代的膜构造当作是由索段经过结点相连而成。 在找形时，界限点为拘束点，中间点为自由点，经过指定索段的力密度，成立并求 解结点的均衡方程，可得各自由结点的坐标，即索网的外形。不一样的力密度值，对 应不一样的外形，当外形切合要求时， 由相应的力密度即可求得相应的预应力散布值。 动力废弛法是一种求解非线性问题的数值方法，从二十世纪七十年月开始被应用于索网及膜构造的找形。动力废弛法从空间和时间双方面将构造系统失散化。空间大将构造系统失散为单元和结点，并假设其质量集中于结点上。假如在结点上施加激振力，结点将产生振动，因为阻尼的存在，振动将逐渐减弱，最后达到静力均衡。时间上的失散是针对结点的振动过程而言的。动力废弛法不需要形成构造的整体刚度矩阵，在找形过程中，可改正构造的拓扑和界限条件，计算能够持续并获得新的均衡状态，用于求解给定界限条件下的均衡曲面。 非线性有限元法是应用几何非线性有限元法理论，成立非线性方程组进行求解的一种方法，是当前膜构造剖析最常用的方法，其基本算法有两种，即从初始 ——文章根源网络，仅供个人学习参照 几何开始迭代和从平面状态开始迭代。前者是第一成立知足界限条件和外形控制的初始几何形态，并假设一组预应力散布，一般状况下初始的构造系统不知足均衡条件，处于不均衡状态，这时再采纳适合的方法求解一个非线性方程组，求出系统的均衡状态。后者是假设资料的弹性模量很小，即单元能够自由变形，初始形态是一个平面，而后逐渐提高系统的支撑点达到指定的地点，因为单元能够自由变形，所以系统的内力就保持不变。达到最后均衡状态时，系统的内力为早先指定的值；为了保证计算的稳固性，支座需要分段提高。 上述算法在防止了网格畸变、保证了计算收敛并且选择的非线性方程组解法适合的状况下，能够获得较好的解。 现有剖析方法存在的问题 力密度法只要求解线性方程组，关于简单的构造该方法甚至能够手算，可是计算精度不若有限元法，构造越复杂精度越差。动力废弛法的迭代步数远远超出一般的有限单元法，并且不合用于界限条件未给定的状况，如剖析膜材从平面状态被张拉成空间状态的过程。再者，即使找形问题用这两种方法解决了，荷载剖析和裁汰剖析仍是要用有限元法解决。这样，前后需要改换计算方法，影响计算效率。 就当前而言，解决膜构造找形问题的最正确方法仍旧是有限元法。但有限元法在解决找形问题时也会碰到一些比较难解决的问题。比如：网格区分稍有不妥便可能惹起网格畸变，致使计算没法进行；支座提高一定分段进行，分段数关于计算收敛有较大影响；所选择的非线性方程组的解法也会影响解的精度。 有限元法在解决此外两大问题时存在的问题 当前，荷载剖析和裁剪剖析的最正确方法是非线性有限元法。可是，因为对有限元网格的依靠，有限元法在解决这两大问题时也相同碰到了难题。 在裁剪剖析问题中，比较理想的裁剪线很可能将一个单元分红两半，这时 ——文章根源网络，仅供个人学习参照 就需要从头区分有限元网格。为了能够按原样精准重修膜面曲率，有限元网格的划 分要求特别精美，经常和找形问题以及荷载剖析中使用的有限元网格存在较大差别。 这样从头区分网格影响了膜构造设计的效率。 在荷载剖析问题中，关于风荷载的剖析还波及到流体—固体两个物理域， 这使得几何建模和有限元网格生成技术碰到了极大的困难。用有限元法进行膜材褶 皱剖析时，由索惹起膜的褶皱只同意出此刻单元界限。此外，因为网格的存在，也 没法剖析索在膜材表面的自由滑动。 膜构造现有剖析方法所碰到的这些困难，其主要原由是有限元法对有限元 网格的依靠性，它们基本上都是因为有限元网格的存在而产生的。除去了网格也就 防止了这些困难。所以，怎样把无网格法引入膜构造的剖析中是一个值得我们研究 的课题。 ——文章根源网络，仅供个人学习参照