膜结构找形分析的综合设计策略

针对膜结构找形分析中的初始形状确定提出了新的综合设计策略.对初始形状的确定,首先采用力密度格式得到初始近似曲面,在此基础上进行动力松弛计算,得到更为精确的初始曲面.通过综合设计策略和力密度格式、动力松弛格式的比较,发现此种方法比力密度格式精度有所提高,收敛速度比动力松弛格式快得多.     

考虑整体分析的索膜结构的找形

利用非线性有限元基本原理建立了钢-索-膜结构的有限元模型,推导出了考虑钢-索-膜整体分析的索膜结构的找形方法,并利用有限元软件ansys找形,对比说明了整体分析找形的必要性,并验证这种方法找形的可行性.     

张力结构形态确定的改进方法

为了寻求一种广泛适用于张力结构形态确定的技术,综合膜结构支座位移提升法和近似曲面逼近法的优点,基于传统的非线性有限元求解技术,对张力结构形态确定的有限元方法作了技术上的改进,探讨了加强非线性求解收敛性的几个关键问题,提出了一种实用的张力结构形态确定改进方法,即利用小弹性模量技术得到近似曲面,然后基于近似曲面代入真实结构参数迭代求解最终平衡曲面。研究表明,该方法能广泛适应于张力结构形态确定,同时对张力结构形态确定是建立正确计算模型的前提。     

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。     

自重对索网结构找形的影响

由于现在的计算机硬件和程序开发平台相对于过去有了很大的改进，因此，对于承受均布荷载的索网结构，有必要采用更精确的有限单元模型，对过去的简化两节点模型进行改进。本文作者采用五节点曲线单元模型建立了索网结构有限元模式，自编了程序，对索网结构考虑其自重作用下进行找形，并和原来两节点不考虑自重作用找形分析的结果作了比较，结果证明，自重对找形有一定的影响。     

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．     

一种结合找形和找力的索膜结构设计方法

实际工程对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求.针对工程中产生的问题,提出了一种膜结构的形状和相对应的自平衡预应力分开确定的构造方法.这种方法使用面力密度法进行节点力平衡的找形分析;然后使用优化的复位平衡法进行找力分析以确定和形面对应的自平衡预应力分布.结合一个具体工程验证了这种构造方法实际应用的可行性和合理性.     

索杆梁膜结构找形方法研究

介绍了索膜、索杆、索梁结构找形方法的起源原理及特点,并通过对各种结构找形方法的对比分析,分析了各种方法的优缺点,得出了一些有意义的结论,以提高人们对索杆梁膜结构体系的认识。     

互承式空间网格结构找形方法研究

互承式空间网格结构是一种以杆件相互搭接为特征的杆系结构,具有连接构造简单、富于韵律美感的特点。由于互承式空间网格结构的形状受杆件搭接关系的影响,因此该类结构设计中的关键问题是找到同时满足杆件搭接关系和建筑造型要求的结构形状。为此,推导了杆件搭接系数,实现了对杆件搭接关系的量化描述,采用二分法实现了杆件搭接过程的数值模拟。基于结构实际搭建过程,提出一种互承式空间网格结构找形方法。该方法按照一定顺序依次提升平面互承网格的每个杆件节点,通过反复迭代使所有节点满足设定的杆件搭接系数,从而实现互承式空间网格结构的循环搭接找形。算例分析表明：所提方法的计算效率明显优于已有基于结构优化算法的找形方法,杆件搭接系数、旋转角度和网格疏密程度是影响互承式空间网格结构形状的主要参数,调整这些参数能够使结构整体形状趋近建筑造型要求。     

索膜结构的二次找形法

本文首先分析索膜结构找形分析的几种主要方法,发现这些方法均没有考虑重力的影响,因此提出考虑重力作用的二次找形法,给出二次找形法的基本原理和计算框图,编制相应的程序,并通过两个算例来验证.算例分析发现,索膜结构在找形分析时,若考虑重力作用,膜面和索的曲率比未考虑重力时大,因此二次找形法获得的结果更接近实际的情况,同时该方法还具有收敛速度快、收敛性好的优点.     

动力松弛法与力密度法在索网结构找形中的比较分析

本结合几个典型工程算例对改进动力松弛法和改进力密度法在计算时间、收敛精度、迭代策略等方面进行了较系统的比较分析，分析说明两种方法均适用于解决大型复杂索网结构的找形问题，并可达到很高的精度，但两种方法均有各自的优缺点。     

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。     

基于有限元平衡迭代法的充气膜结构找形分析

介绍了薄膜结构是一种柔性结构体系,本身不具有承载力,其刚度由结构的几何曲面和预应力提供,利用充气膜结构非线性有限元分析理论,基于有限元平衡迭代法对充气膜结构找形,通过算例分析比较,说明找形结果正确可靠。     

索膜结构初始形状确定的综合设计法

本文针对膜结构找形中的最小曲面和考虑重力后的索膜结构的形状确定问题提出了一种新的综合设计法。对膜结构的最小曲面的确定问题,本文首先采用非线性有限元格式求得初始近似曲面,然后在此曲面上采用动力松弛格式得到最小曲面。此种方法比非线性有限元格式的精度有所提高,收敛速度也比动力松弛格式快得多。对考虑重力作用的索膜结构的初始形状确定问题,本文先采用非线性有限元格式得到初始近似曲面,然后在此曲面上考虑索膜的重力,仍采用非线性有限元格式得到最终需要的平衡曲面。此种方法收敛速度比一开始考虑索膜重力快,并且收敛性更好,可以得到更为精确的初始形状。     

索桁架结构体系找形分析的节点位移法

平面索桁架以及南平面索桁架组成的空间索桁结构是一种应用广泛的柔性结构,它依靠拉索的张力提供刚度.寻找柔性结构合理的预应力分布以达到建筑造型和力学性能的要求是其找形分析的主要目的.与索穹顶结构、单层索网结构相比,索桁架的拓扑关系更加简单明确.力密度法、动力松弛法等一般用于解决单层索网等结构由给定预应力确定初始位形的问题,且难以直接应用在通用有限元软件中(如ANSYS).如果套用索穹顶、单层索网等的找形方法(如力密度法、动力松弛法等)进行找形,则无法直接运用通用有限元软件进行分析.本文依据索桁架结构体系简单明确的拓扑关系,发展了一种通过给节点施加位移进行迭代计算的非线性有限元找形分析方法,该方法不同于单层索网或膜结构找形的小杨氏模量法.本方法求解速度较快,结果较为准确,同时便于在现有的通用有限元软件中应用.     

基于动力松弛的树状结构单元集群找形分析

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。     

混合法实现张拉膜结构的快速分析

索膜结构的找形和荷载分析的精度及周期是索膜建筑设计的关键.传统的分析方法在保证精度和缩短周期上不能兼顾.在使用动力松弛法和非线性有限元法进行大量算例和工程分析的基础上,提出了结合这两种方法的混合法.这种方法在保证分析精度的同时,可以大大缩短分析的时间.同时考虑到实际工程的复杂性,提出了保证混合法可靠性的零荷载检验方法.结合一个实际工程阐述了这种方法的分析流程,给出了在各种荷载作用下的受力性能.     

张弦梁结构找形分析方法的研究进展

在系统总结国内外关于张弦梁找形分析方法的最新研究成果基础上,对三种主要的张弦梁结构找形分析方法作了介绍,分别阐述了每种方法的基本原理和实施步骤,以期促进张弦梁结构在我国的推广应用。     

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。     

张力膜结构裁剪设计方法

讨论了膜结构裁剪分析中的关键技术,包括裁剪线的生成和裁剪膜片的展开.从测地线的性质出发,提出了一种新的裁剪线生成算法.基于弹簧-质点系统,在系统中考虑了膜材材料特性因素,弹簧弹性系数随展开状态变化,不但可以模拟薄膜的刚体位移和转动,而且包括了展开过程中薄膜的弹性变形.模拟方法避免了大型矩阵的运算,降低了计算成本.算例结果表明,本文提出的裁剪方法是可行的,且具有很高的展开精度.