索膜结构找形分析方法研究

归纳和总结了现有的索膜结构找形分析研究方法,分析了三种基本方法,不同结构形式的找形设计方法、改进的找形设计方法以及有限元软件在找形设计中的实现,为我国索膜结构的进一步发展和应用提供了理论依据。     

河海大学体育场看台膜结构设计分析

以河海大学江宁校区体育场看台膜结构挑篷为例,通过力密度法找形、非线性有限元法进行荷载分析,以及测地线法进行膜材裁剪分析,给出骨架式张拉膜结构设计与分析的方法、流程及相关参数的选取。     

索膜结构力密度法找形的一种离散方法

运用力密度法对索膜结构找形的关键问题是结构的离散．本文将一种离散方法运用于索膜结构的力密度找形分析，取得了很好的效果．计算结果与理论值及用非线性有限元方法所得结果进行了比较，证明该方法在保持力密度法收敛速度快的同时，精度也足够高．     

稳定索加强的张拉膜结构设计与分析

以台州大学风雨操场屋盖为例 ,简要介绍了在跨度大、支承结构较柔的实际情况下 ,采用面内稳定索辅助脊索、谷索共同承力的张拉膜结构的设计过程。并结合风洞试验结果 ,对三种找形方案 ,即不采用稳定索、采用交叉稳定索、采用斜稳定索的结构形式在不同工况下的受力性能进行了比较分析。     

Element-clustered form-finding analysis of tree-like structures based on dynamic relaxation

树状结构作为一种外形美观的支承结构，可与自由曲面网壳共同应用于大型公共建筑。采用动力松弛法确定树状支承结构与自由曲面网壳的合理形状时，在所得到的树状结构中常会出现低效构件。为此，提出了基于动力松弛的树状结构单元集群找形方法，该方法通过单元集群的方式，使模型中处于同一集群内的单元受力状态相同，这可以有效地避免树状结构与自由曲面网壳联合找形所得结构中出现低效构件。算例分析表明：通过设置单元集群，可以使找形最终所得到的结构中处于同一集群内的构件轴力分布均匀，从而保证各分支杆件在传力过程中均能起到积极作用；不同的单元集群方案对应着不同的找形结果，因此，单元集群也可作为调整结构形状的重要手段，在保证结构受力性能良好的基础上为结构设计提供多种方案。     

索结构找形分析的精确单元方法

索找形问题是索结构分析中所要解决的首要问题,在给定边界条件下,所施加的预张力和外部荷载通过调节索的 形状来平衡。本文研究索结构初始形状确定的精确有限单元法,对于常见的荷载形式,构造了线性和非线性两大类共5种 单元,适用于一般的索结构找形计算,并且可以给出精确的解答。本文通过将水平方向和竖直方向的平衡方程解藕,得出 了索单元的精确描述格式,并保证了索结构形状的唯一性。文中以索结构内部结点坐标作为基本未知量,以结点平衡方程 为基本方程,通过直接求解单元的平衡微分方程得到单元刚度矩阵的解析表达式。对于由线性单元组成的索结构,其基本 方程为线性,可直接求解;对于含有非线性单元的索结构,其基本方程为非线性,需通过迭代求解,文中构造了相应的 Newton法迭代格式。本文方法所需单元数目少,计算量小,所得到的解答为数值精确解。数值算例表明本法稳定可靠。     

中国航海博物馆曲面幕墙单层索网结构设计

中国航海博物馆单层曲面索网结构设计及分析难度大,利用ANSYS软件进行了索网网格优化、找形、复杂节点有限元分析、强度和防松弛验算、索网变形验算等工作,以实现索网造型和保证结构的安全.索端球铰装置的设计也可为同类项目提供参考.     

适用于有高差线路的覆冰输电导线ANSYS找形方法

输电线路覆冰会对电网运行产生严重影响,输电导线找形是基于ANSYS对覆冰输电线路进行力学分析的基础。现有ANSYS找形方法主要以跨中弧垂或导线水平应力收敛作为结束条件。对于有高差的输电线路,水平应力和最大弧垂并非在一档中间位置,跨中弧垂或水平应力的确定较为复杂。为此,文中提出基于最低点位置的输电导线找形方法。首先基于解析法求解导线最低点位置,对最低点不在档内的情况需要虚拟出最低点,再通过修改弹性模量的方式使导线位于接近最低点,然后将弹性模量修改为实际值,重复迭代直至导线到达最低点。仿真结果验证了文中方法对不同类型输电导线的有效性。     

Structural form-finding of bending components in buildings by using parametric tools and principal stress lines

This paper aims to provide an efficient and straightforward structural form-finding method for designers to extrapolate component forms during the conceptual stage. The core idea is to optimize the classical method of structural form-finding based on principal stress lines by using parametric tools. The traditional operating process of this method relies excessively on the designer's engineering experience and lacks precision. Meanwhile, the current optimization work for this method is overly complicated for architects, and limitations in component type and final result exist. Therefore, to facilitate an architect's conceptual work, the optimization metrics of the method in this paper are set as simplicity, practicality, freedom, and rapid feedback. For that reason, this paper optimizes the method from three aspects: modeling strategy for continuum structures, classification processing of data by using the k-nearest neighbor algorithm, and topological form-finding process based on stress lines. Eventually, it allows architects to create structural texture with formal aesthetics and modify it in real time on the basis of structural analysis results. This paper also explores a comprehensive application strategy with internal force analysis diagramming to form-finding. The finite element analysis tool Karamba3D verifies the structural performance of the form-finding method. The performance is compared with that of the conventional form, and the comparison results show the practicality and potential of the strategy in this paper.     

基于力密度法的树状结构找形及稳定承载力优化算法

力密度法通常用于张拉索网结构等不需要考虑稳定性的结构体系的找形分析,但对于树状结构,由于其在竖向荷载作用下所有构件仅受到轴向压力的作用,除了找形以外还需要考虑构件稳定承载能力的问题。利用力密度法对树状结构进行找形分析的基础上,引入欧拉稳定承载力计算理论以考虑构件几何长度对稳定承载力的影响,并提出了相应的迭代算法。推导了适用于树状结构的修正迭代力密度理论计算式,通过改变每一个分枝的力密度进而达到优化分枝长度的目标。通过与已有计算结果的对比验证所提对于平面树状结构算法的可靠性,对空间树状结构进行分析验证所提算法对于复杂树状结构的适用性。算例分析表明：采用所提算法迭代100次即可得到收敛的结果,耗时5min左右;与数值逆吊法找形相比,避免了双单元法抗弯刚度不恰当而导致的计算不收敛问题。