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        膜結構車棚幾點問題分析

        信息來源:www.xjlysw.com 發表時間:[2014-7-24 9:34:40]
        1、現有剖析辦法
          膜結構車棚在設計剖析過程中存在三大問題,即外形肯定問題、荷載剖析頭號題和裁剪剖析問題。其中,外形肯定問題是最根本的問題,是后兩個問題剖析的根底。
          目前,膜結構車棚的外形肯定問題主要應用的辦法包括力密度法、動力松弛法和非線性有限元法。其中,應用最多,也最有效的辦法,當屬非線性有限元法。
          力密度法是由 Linkwitz 及 Schek 等提出的一種用于索網構造的找形辦法,若將膜離散為等代的索網,該辦法也可用于膜結構車棚的找形。所謂力密度是指索段的內力與索段長度的比值。把索網或等代的膜結構車棚看成是由索段經過結點相連而成。在找形時,邊境點為約束點,中間點為自在點,經過指定索段的力密度,樹立并求解結點的均衡方程,可得各自在結點的坐標,即索網的外形。不同的力密度值,對應不同的外形,當外形契合請求時,由相應的力密度即可求得相應的預應力散布值。
          動力松弛法是一種求解非線性問題的數值辦法,從二十世紀七十年代開端被應用于索網及膜結構車棚的找形。動力松弛法從空間和時間兩方面將構造體系離散化?臻g上將構造體系離散為單元和結點,并假定其質量集中于結點上。假如在結點上施加激振力,結點將產生振動,由于阻尼的存在,振動將逐漸削弱,最終到達靜力均衡。時間上的離散是針對結點的振動過程而言的。動力松弛法不需求構成構造的總體剛度矩陣,在找形過程中,可修正構造的拓撲和邊境條件,計算能夠繼續并得到新的均衡狀態,用于求解給定邊境條件下的均衡曲面。
          非線性有限元法是應用幾何非線性有限元法理論,樹立非線性方程組停止求解的一種辦法,是目前膜結構車棚剖析最常用的辦法,其根本算法有兩種,即從初始幾何開端迭代和從平面狀態開端迭代。前者是首先樹立滿足邊境條件和外形控制的初始幾何形態,并假定一組預應力散布,普通狀況下初始的構造體系不滿足均衡條件,處于不均衡狀態,這時再采用恰當的辦法求解一個非線性方程組,求出體系的均衡狀態。后者是假定資料的彈性模量很小,即單元能夠自在變形,初始形態是一個平面,然后逐漸提升體系的支撐點到達指定的位置,由于單元能夠自在變形,所以體系的內力就堅持不變。到達最終均衡狀態時,體系的內力為預先指定的值;為了保證計算的穩定性,支座需求分段提升。
          上述算法在防止了網格畸變、保證了計算收斂并且選擇的非線性方程組解法適宜的狀況下,能夠得到較好的解。
        2、現有剖析辦法存在的問題
          力密度法只需求解線性方程組,關于簡單的構造該辦法以至能夠手算,但是計算精度不如有限元法,構造越復雜精度越差。動力松弛法的迭代步數遠遠超越普通的有限單元法,而且不適用于邊境條件未給定的狀況,如剖析膜材從平面狀態被張拉成空間狀態的過程。再者,即使找形問題用這兩種辦法處理了,荷載剖析和裁減剖析還 是要用有限元法處理。這樣,前后需求改換計算辦法,影響計算效率。
          就目前而言,處理膜結構車棚找形問題的最佳辦法依然是有限元法。但有限元法在處理找形問題時也會遇到一些比擬難處理的問題。例如:網格劃分稍有不當就可能惹起網格畸變,招致計算無法停止;支座提升必需分段停止,分段數關于計算收斂有較大影響;所選擇的非線性方程組的解法也會影響解的精度。
        3、有限元法在處理另外兩大問題時存在的問題
          目前,荷載剖析和裁剪剖析的最佳辦法是非線性有限元法。但是,由于對有限元網格的依賴,有限元法在處理這兩大問題時也同樣遇到了難題。
          在裁剪剖析問題中,比擬理想的裁剪線很可能將一個單元分紅兩半,這時就需求重新劃分有限元網格。為了可以按原樣準確重建膜面曲率,有限元網格的劃分請求十分精密,常常和找形問題以及荷載剖析中運用的有限元網格存在較大差別。這樣重新劃分網格影響了膜結構車棚設計的效率。
          在荷載剖析問題中,關于風荷載的剖析還觸及到流體—固體兩個物理域,這使得幾何建模和有限元網格生成技術遇到了極大的艱難。用有限元法停止膜材褶皺剖析時,由索惹起膜的褶皺只允許呈現在單元邊境。另外,由于網格的存在,也無法剖析索在膜材外表的自在滑動。
          寧波膜結構車棚現有剖析辦法所遇到的這些艱難,其主要緣由是有限元法對有限元網格的依賴性,它們根本上都是由于有限元網格的存在而產生的。消弭了網格也就防止了這些艱難。因而,如何把無網格法引入膜結構車棚的剖析中是一個值得我們研討的課題。
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