非线性有限元法在张拉膜结构分析中的应用

摘要

张拉膜结构是近年来迅速发展起来的一种新型空间结构形式.该文首先阐述了张拉膜结构的基本概念和基本理论,然后围绕张拉膜结构分析设计的三大过程:找形分析、荷载分析和裁剪分析展开研究.非线性有限元法是索膜结构分析的实用方法之一.该文介绍了几何非线性有限元方法的基本理论,推导了索、膜单元的基本方程,为应用几何非线性有限元法进行张拉膜结构的找形分析和静力荷载分析提供了理论依据.该文运用有限元通用程序ANSYS,实现了对给定边界条件和内力分布的张拉膜结构伯找形,结合实例详细研究各种参数选择对找形结果的影响,解决张拉膜结构设计的一个关键问题;对张拉膜结构的静力荷载作用下的力学性能也进行了比较系统的研究,分析了影响结构静力性能的几个主要参数,考虑了对褶皱蔚蓝色域的处理.对张拉膜结构的整体协同分析进行研究,与分离模型的找形分析及荷载分析结果进行了对比,探讨了支座刚度的变化对张拉膜结构找形和荷载分析的影响,证实进行整体协同分析的必要性.该文以等效结点力法为理论基础,研究裁剪分析中两个关键问题:预张力释放和空间膜曲面的展平.提出利用ANSYS进行空间膜条展平和预张力释放的新思路.结合具体算例分析,得到一些有意义的结果和结论.

目录

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第一章绪论

1.1引言

1.2膜结构的类型

1.2.1按结构组合形式分类

1.2.2按外形曲面形式分类

1.2.3按支承形式分类

1.3膜结构的材料

1.4膜结构设计方法全过程

1.4.1找形分析

1.4.2荷载分析

1.4.3裁剪分析

1.5膜结构的发展前景和研究现状

1.6本文的研究目的

1.7论文主要研究工作

第二章膜结构非线性找形分析

2.1几何非线性有限元理论

2.2膜单元的非线性有限元找形分析

2.2.1索膜结构找形分析的基本假定

2.2.2膜单元非线性有限元列式

2.3索单元的几何非线性有限元分析

2.4非线性方程组的数值解法和收敛准则

2.4.1迭代方法

2.4.2收敛准则

2.5本文所用找形方法

2.6索膜结构找形算例分析

2.7本章小结

第三章膜结构的静力荷载分析

3.1膜结构荷载特点

3.2非线性有限元法荷载分析

3.2.1等效结点荷载计算

3.2.2褶皱单元的处理

3.3非线性有限元法荷载分析算例

3.4膜结构整体协同分析

3.5本章小结

第四章膜结构裁剪分析

4.1膜结构裁剪分析方法

4.1.1裁剪线的生成

4.1.2曲面展开方法

4.1.3裁剪图后处理

4.1.4膜结构裁剪的判断标准

4.2膜结构裁剪算例

4.2.1等效结点力法

4.2.2考虑预张力释放的空间膜面展平近似方法

4.2.3考虑预张力释放的裁剪修正近似方法

4.3本章小结

总结与展望

1.本文工作总结

2.进一步研究工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢