向量式有限元在索膜結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用.pdf

1、索膜結(jié)構(gòu)是一類應(yīng)用日益廣泛的新型空間結(jié)構(gòu)形式。不同于傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu),索膜結(jié)構(gòu)需要預(yù)應(yīng)力來提供體系的剛度,而預(yù)應(yīng)力的過程又是機構(gòu)和結(jié)構(gòu)耦合的過程,因此在索膜結(jié)構(gòu)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(zhì)點運動的概念,制定了運動定律作為質(zhì)點的運動準則,建立與質(zhì)點運動相關(guān)的基本力學參數(shù),并采用有限元的方法處理質(zhì)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(jié)構(gòu)的形態(tài)分析、施工成形分析及膜結(jié)構(gòu)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(yīng)用于張力結(jié)構(gòu)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(jié)果的影響;(3)給出向量式有限元應(yīng)用于張力結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用于膜結(jié)構(gòu)的找形分析;(5)將向量式有限元引入膜結(jié)構(gòu)的褶皺分析,編制程序?qū)δそY(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié),認為兩