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索膜结构设计方法研究

索膜结构的设计过程可以分为三个阶段。第一阶段是找形设计阶段。即在建筑师给定预想的曲面形状的前提下,找出与此曲面相接近的初始平衡状态—初始张力的大小、分布和几何形状。第二阶段是荷载分析阶段,即找形分析获得的曲面在各种可能荷载组合的作用下,求解其变形、位移、索膜内力及判别薄膜是否有褶皱产生或索是否有松弛现象。第三阶段是裁剪设计阶段,其目的是将已经通过荷载分析的三维膜曲面转化成离散的平面膜片,在市售的薄膜卷材上进行下料分析,获得可以施工的裁剪下料图。对于索膜找形分析,目前普遍常用的是非线形有限元法、动力松弛法和力密度法。但以上每一种方法都存在着缺陷。本文将动力松弛法和非线性有限元法合为一体,提出了全新的综合设计法。此种方法比非线性有限元格式的精度有所提高,收敛速度也比动力松弛格式快得多。同时针对找形分析中的动力松弛格式,本文提出了全新的控制网格变形的动力松弛法,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,克服了在曲率较小处网  (本文共157页) 本文目录 | 阅读全文>>

北京交通大学
北京交通大学

大尺度复杂张拉薄膜结构整体分析理论及其软件化

薄膜结构作为一种轻质的新型大跨度空间结构,在国内外的应用将越来越广泛。虽然薄膜结构理论不断成熟,但随着张拉薄膜结构尺度不断增大、体系日益复杂,在薄膜结构与支承结构的整体计算、整体形态分析的设计效率、褶皱处理方法、CFD数值模拟风荷载的建模方法和风荷载的精确施加等方面仍存在许多亟待解决的问题。因此,本文针对上述问题,提出了相应理论与方法,完善了大尺度张拉薄膜结构工程的整体分析与设计理论。并结合计算机编程技术、程序优化技术等,完成了膜结构专业软件CAFA1.0向CAFA2.0升级,最后将成果应用于大尺度复杂张拉薄膜结构工程。鉴于现有的梁单元研究成果无法直接应用于本文的有限元计算中,首先详细推导了三维空间梁单元的几何非线性有限元列式,包括线性刚度矩阵、非线性刚度矩阵、坐标转换矩阵、等效节点内力和节点内力增量等,并利用辅助数组记录节点自由度在总体刚度矩阵中所处的最小行号,实现了混合自由度单元刚度矩阵的组装。然后,本文针对大尺度张拉薄膜结...  (本文共175页) 本文目录 | 阅读全文>>

内蒙古工业大学
内蒙古工业大学

索膜结构的形态分析研究

索膜结构是一种新型空间结构体系,其具有重量极轻、能够覆盖很大跨度、结构效率很高且建筑造型丰富多彩等特点,因而索膜结构建筑受到人们的广泛青睐并在全世界范围内迅速得到广泛应用。索膜结构的设计主要包括体形设计、初始平衡形状分析(形态分析,又称为找形分析)、荷载分析、裁剪分析等。正确的形态分析是整个索膜分析设计阶段的基础,对于下一步进行荷载分析和裁剪分析尤为重要,是保证膜结构设计计算正确的前提,直接关系到整个工程体系是否受力合理、造型美观和具有经济性等。索膜分析设计中一些重要参数(索与膜的预张力、膜面张拉刚度、索膜张力比等)的取值与形态分析的正确性、合理性密切相关,因此,在形态分析中如何控制这些参数的合理取值成为整个设计过程中的重要环节。索膜结构建筑工程实例中,常发生膜面的褶皱、松弛以及撕裂等问题。因而,在形态设计阶段过程中如何避免出现此类不良现象具有重要的意义。本文简述了膜材和索膜结构的特征及索膜结构的设计要点;通过推导及对比索膜结构...  (本文共81页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

索膜结构找形和裁剪方法研究

本文主要从以下几个方面对索膜结构的设计方法进行了研究。一、索膜结构的材料与制作;二、索膜结构的找形设计;三、索膜结构的裁剪设计;四、索膜结构的抗拉锚固体系(张力锚)设计。索膜结构是一种新型建筑结构形式,其材料与制作,试验与检验方法以及施工方法等都与普通建筑结构有所不同。本文从这些方面对索膜结构的特点进行了研究和总结。索膜结构的找形设计方法目前主要有:动力松弛法,力密度法,非线性有限元法,控制点逼近法,比拟法和极小曲面法等。这些方法各有优缺点。本文对这些设计方法进行了研究,并提出了将力密度法和动力松弛法相结合的综合设计策略。通过典型算例和具体工程分析,经对比得出结论:综合设计策略构造的曲面比直接按照力密度法求得的曲面的精度有所提高,收敛速度比假设曲面再采用动力松弛法快得多,是一种有效的索膜结构找形设计方法。索膜结构的裁剪设计就是在考虑预应力的施加分区,膜材料的性能,幅宽和单元剖分策略的前提下,寻找合适的裁剪线位置及分布以确定裁剪试...  (本文共87页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
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索膜结构的形态分析设计及静力性能研究

形态分析是索膜结构设计中的一个关键问题。本文提出了有效的形态设计方法,从理论角度对索膜结构各种基本曲面形式进行找形分析和受力性能的研究,并提出设计的参考标准和设计要素。首先,从基本原理上比较了索膜结构找形的三种基本方法——力密度法、动力松弛法和非线性有限元法,指出每种方法的优缺点,并且对索膜单元的非线性有限元力学模式进行了详细推导。其次提出了以有限元法为核心的考虑索膜重力作用的二次找形法,编制了相应的程序。算例分析表明,索膜结构在找形分析时,若考虑重力作用,膜面和索的曲率比未考虑重力大,因此二次找形法获得的结果更接近实际的情况。该方法还具有收敛速度快、收敛性好的优点。同时,本文对小杨氏模量问题和真实杨氏模量问题进行研究,提出二次小杨氏模量法以改善程序的收敛性。从膜结构的基本曲面形式——锥形曲面入手,按不同的预张力相对关系分别模拟各种找形过程,并提出函数法确定索膜结构找形设计中的预张力取值。在形态分析的基础上,对双曲面索膜结构进行...  (本文共86页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
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空间可展天线结构的设计分析与索膜结构分析

本文主要研究内容可分为两大部分,第一部分为空间可展天线结构的设计与分析;第二部分为索膜结构分析及CAD软件的开发研制。随着宇航科技的发展,各相关学科对空间可展天线提出了更高的要求,主要体现在大口径、高精度两方面,为此各国学者提出了形式众多的空间可展天线结构概念,环形桁架可展天线是其中最具潜力的结构形式之一,是本文研究的一个重要方面。环形桁架可展天线中心索网的预拉力配置问题是此类天线结构设计与分析的重点,目前,常采用的解决方法为非线性有限元平衡迭代。本文从桁架理论的奇异值分解出发,结合有约束线性优化方法,提出了解决这一问题的另一途径,编制了相应的分析程序,经过算例分析与验证,证明了该方法的正确性。文中对桁架理论的奇异值分解法、自应力模态、机构位移模态、有约束线性优化数学模型、约束矩阵集成等关键概念和技术进行了详细的推导说明。结合课题组承接的科研项目,对一大型环形桁架可展天线结构实例进行了设计与分析,对设计分析的各个环节进行了详细的...  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>