向量式有限元在索膜結構分析中的應用.pdf

1、索膜結構是一類應用日益廣泛的新型空間結構形式。不同于傳統(tǒng)剛性結構,索膜結構需要預應力來提供體系的剛度,而預應力的過程又是機構和結構耦合的過程,因此在索膜結構的各種分析過程中處處存在著剛體位移和彈性變形共存的問題,傳統(tǒng)有限元方法在處理此類問題時受到很多局限。向量式有限元作為一種新的計算方法,提出了質點運動的概念,制定了運動定律作為質點的運動準則,建立與質點運動相關的基本力學參數(shù),并采用有限元的方法處理質點間的相互作用,通過特殊的手段處理剛

2、體位移問題,可以很好地解決各種復雜的諸如接觸、碰撞、斷裂、倒塌等力學問題。本文將向量式有限元引入索膜結構的形態(tài)分析、施工成形分析及膜結構的褶皺分析,主要研究工作包括:(1)推導向量式有限元索桿單元方程,編制索桿單元的計算程序,選取各種條件下的索桿算例進行驗證分析;(2)將向量式有限元索桿單元應用于張力結構的找形,通過算例驗證其可行性和準確性,并進一步探討了邊界條件對找形結果的影響;(3)給出向量式有限元應用于張力結構施工成形分析的原理及

3、方法,對正分析法及反分析法分別進行研究,并對大型索桿張力結構的工程實例——寶安體育場進行了施工成形分析;(4)推導向量式有限元三角形膜單元方程,編制計算程序,通過算例進行驗證,并將其應用于膜結構的找形分析;(5)將向量式有限元引入膜結構的褶皺分析,編制程序對膜結構在荷載作用下發(fā)生褶皺的全過程進行了跟蹤分析。本文研究表明,向量式有限元不同于傳統(tǒng)有限元的特點使得它在索膜結構這類柔性體系的分析中具有獨特的優(yōu)勢。論文最后對研究進行了總結,認為兩