考虑裁剪影响的膜结构形态分析方法研究

摘要

近年来，膜结构得到日益广泛的应用。不同于传统结构，“形”和“态”是膜结构设计中贯穿始终的问题。而裁剪分析是实现结构“形”与“态”的关键技术环节。由于膜结构形状通常是三维不可展的曲面；而通过裁剪分析获得的裁剪片则是平面的。这一差异对结构形态及力学性能产生影响，而很少有关这方面的研究。因而探讨考虑裁剪影响的膜结构形态分析方法有重要意义。
　　本文首先对裁剪分析中测地线生成的三种方法：约束泛函法、改进的几何法以及非线性有限元法进行系统研究，并编制相应的程序；结合经典算例对三种方法进行对比分析。分析表明非线性有限元法具有较高精度，而且便于应用。
　　针对裁剪对结构形态及力学性能的影响这一问题，本文提出基于非线性有限元理论的膜结构成形模拟方法，并通过理论分析及实例验证其可行性。成形模拟结果表明，裁剪对结构形态的影响不可忽略。
　　以上述成形模拟方法为基础，对常见的鞍形张拉膜结构及球面充气膜结构进行成形模拟，分别考虑两种荷载工况（工况1：自重+雪荷载；工况2：自重+风荷载），在此基础上研究不同工况下裁剪片数量、裁剪片布置方式对膜结构受力性能的影响。通过研究得到一些有意义的结论：增加裁剪片数对改善结构成形形态作用有限；鞍形张拉膜结构，裁剪对其受力性能影响显著；球面充气膜结构，工程中可以忽略裁剪的影响。

目录

考虑裁剪影响的膜结构形态分析方法研究

MECHANICAL ANALYSIS METHOD OF MEMBRANE STRUCTURES CONSIDERING CUTTING PATTERN

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 裁剪分析方法研究

2.1 引言

2.2 测地线生成方法

2.3 数值算例

2.4 本章小结

第3章 考虑裁剪影响的成形模拟研究

3.1 引言

3.2 成形模拟的基本理论框架

3.3 理论验证

3.4 算例分析

3.5 本章小结

第4章 裁剪对结构受力性能的影响

4.1 鞍形张拉膜结构

4.2 球面充气膜结构

4.3 本章小结

结论

参考文献

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