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    充气膜结构,张拉膜找形方法

    2018-03-07

    充气膜结构的受力分析为解决气枕式充气膜结构在荷载作用下的变形问题,采用非线性有限元方法对气枕式充气膜结构进行形态分析的基本方法.气忱式充气膜结构的形态分析分为两个阶段:即找形分析与找态分析,由此可得到满足相应要求的几何模型与应力状态.假设密封气枕内质量一定的气体满足理想气体状态方程,在荷载作用下,内压随着体积的变化而变化.给出在一定压力作用下半球状气枕的验证算例并与材料力学中给出的理论解进行比较;基于该方法,另对气枕式充气膜结构在不同外荷载作用下的受力状态进行分析并给出相应的算例,计算结果表明采用理想气体状态方程可以模拟在外部荷载作用下气枕的变形、应力状态以及内压变化情况,且是合理有效的并具有较高的准确性张拉膜结构的找形采用动力松弛法对膜结构找形分析时,为了防止节点的聚集以获得更精确的膜曲面,提出了一种新的控制网格变形的找形技术.膜单元采用平面三角形单元描述,在单元每两节点间引入了与单元边长变化速率成正比的阻尼项,通过阻尼项产生的节点力来控制网格在找形过程中的变形.对悬链面找形时发现,当黏性系数不大于0.7时,动力松弛法收敛,网格节点分布较无阻尼时均匀.对Scherk-1ike曲面找形时发现,能够控制网格变形且满足收敛性的黏性系数的上限为1.5.此方法能够有效地解决膜结构找形分析中网格的大变形问题,保证了单元密度,特别是克服了曲率较小处网格过于稀疏的缺陷. 

    张拉膜找形的方法:   

    在膜结构找形中,力密度法引入了“力密度”的概念,使问题简化。但力密度法需要多次试算后才能确定合适的力密度取值,很大程度上依赖个人经验,给找形过程带来一定困难。本文针对力密度法的找形过程进行改进,避开其中“力密度”的概念,直接引入膜面应力和索拉力作为初始条件,以节点不平衡力作为控制误差,避免了传统力密度法需要反复试算力密度取值的弊端,使找形计算过程简洁高效。据此编制找形程序,通过复杂算例验证了该算法的正确性和普适性。



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