(1) 找到初始平衡形狀;
  
  (2) 各種荷載組合下的力學分析,確保安全;
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隨州膜結(jié)構(gòu)景觀

文章出處:卓越膜結(jié)構(gòu)作者:卓越網(wǎng)絡(luò)部發(fā)表時間:2021-03-22 10:50:05閱讀:
  基于曲面有限元的膜結(jié)構(gòu)景觀分析理論
  
  膜結(jié)構(gòu)景觀的設(shè)計可分為三個步驟
  
  (1) 找到初始平衡形狀;
  
  (2) 各種荷載組合下的力學分析,確保安全;
  
  (3) 切割和制作。發(fā)達國家從20世紀60年代開始提出各種計算方法,
  
  到目前為止,有限元法是一種先進的、應(yīng)用廣泛的方法。這種方法是從剛性板殼的大變形理論移植而來的。
  
  從下面的分析可以看出,膜結(jié)構(gòu)景觀不適合用這種平面單元作為只能拉伸的軟殼,因為對于剛性殼來說,這種板單元可以看作是平面應(yīng)力單元和板彎曲單元的組合,其單元是不合適的
  
  剛性矩陣可以由兩個元素的剛性矩陣組合而成。膜結(jié)構(gòu)景觀作為一種軟殼,不能抵抗彎曲。它只能依靠膜表面曲率的變化,使膜表面的內(nèi)力重新分布,以抵抗垂直于膜表面的外荷載。如果采用這種只考慮面內(nèi)應(yīng)力的板單元,應(yīng)變的線性部分將不反映面外Z向位移的影響,導(dǎo)致單元不包含Z向節(jié)點反力,各單元的靜力不平衡。所幸的是,應(yīng)變的非線性部分考慮了z向位移的影響,通過連續(xù)迭代可以近似平衡組合單元的總平衡方程。缺點是需要過大的面內(nèi)位移才能滿足平衡要求。實際上,它只需要在平面外和平面內(nèi)有一定的位移和曲率變化。
  
  膜結(jié)構(gòu)景觀工程
  
  有鑒于此,我國膜結(jié)構(gòu)景觀技術(shù)人員在世界上首次采用彎膜機組。應(yīng)變的線性部分引入了單元的Z向位移、曲率和扭轉(zhuǎn)率。非線性部分仍然保留了Z位移的影響。這樣可以方便地滿足各單元或組合單元的平衡方程,大大減少迭代次數(shù),變形結(jié)果更符合實際情況。而且由于單元中各點的應(yīng)力不同,判斷是否有褶皺更為準確。各單元的曲率和扭轉(zhuǎn)比可以為判斷初始找形是否正確以及切削加工提供大量有用的信息。
  
  曲面有限元法建立的膜結(jié)構(gòu)景觀找形和內(nèi)力計算方法是:最小曲面具有理想的表面形狀和應(yīng)力狀態(tài),是膜結(jié)構(gòu)景觀的理想初始狀態(tài)。所謂最小曲面是指在給定邊界條件下,具有小面積的曲面。這個表面上任何一點的應(yīng)力都是相等的。20世紀60年代以來,發(fā)達國家提出了許多計算方法,如物理模型法、力密度法、動力松弛法等。無論在國內(nèi)還是國外,膜結(jié)構(gòu)景觀的計算模型都采用平板膜單元。這種方法是從剛性板殼的大變形理論移植而來的。膜結(jié)構(gòu)景觀作為一種只能拉伸的軟殼,不適合采用這種平面單元。其缺點是需要過大的面內(nèi)位移才能滿足平衡要求。實際上,它只需要一定的面外和面內(nèi)位移和曲率變化。結(jié)果表明,在以后的內(nèi)力計算中,用實際材料常數(shù)代入后,前一次找形得到的最小曲面與膜結(jié)構(gòu)景觀的實際形狀在視覺上可能相差不大,但在計算中不能忽略,因此計算容易發(fā)散或起皺。這也是其他方法的共同缺點。他們往往將這一連貫過程分為兩個階段:理想化的找形和實際的驗算,這并不能保證所有的找形都能與實際的膜材料建立在最小等應(yīng)力面上
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