基于非线性有限元法的索膜结构形态分析

形态分析是索膜结构设计中最关键的一步。文章基于修正的拉格朗日格式建立了索膜结构非线性有限元方程,并利用一个工程实例对索膜结构进行了找形分析。     

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．     

适时考虑索找力的索膜结构找形方法

实际索膜工程的找形分析,不仅要得到稳定的结构形态,还要得到合适的索的预张力分布。基于非线性有限元找形理论,提出适时考虑索找力的索膜结构找形方法。首先根据是否考虑及何时考虑索找力,分3种情况对一个小品膜结构进行找形分析,发现只有适时考虑索找力的找形方法可以得到形态稳定、索张力分布合理的结构形态。然后采用新方法对大型索膜结构"佛山世纪莲花"体育场屋盖结构进行分析,发现新方法可以快速有效地对大型索膜工程进行找形和找力分析。     

张拉膜结构力密度法找形分析中索边界的处理

本论述了力密度法找形分析原理并引入“T单元”的概念处理边界,建立了平衡方程组,完善了力密度法,为膜结构设计提供有效的方法。     

力密度法在索穹顶形态确定中的应用

基于力密度法在索穹顶找形分析中的基本原理,应用MATLAB软件对给定初始形状的索穹顶进行初始预应力的计算,并引用整体可行性预应力的概念来简化计算。算例表明：该方法简单明了,计算出的结果精度高,满足要求。     

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.     

非线性有限元在索膜结构中的应用

文对索膜结构中的找形、裁剪、荷载进行了讨论,对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采用非线性有限元格式求得近似曲面。并针对索膜结构裁剪分析的测地线提出了非线性有限元法。     

索膜结构的理论基础和分析方法综述

简述了索膜结构的发展及应用现状，系统的阐述了张拉索膜结构的理论基础，从形态分析、荷载分析和裁剪分析三部分介绍了目前常用的有限元数值分析方法，展望了索膜结构的应用前景。     

张拉膜结构找形的力密度法及其程序的编制

找形分析是张拉膜结构分析中一个很重要的步骤,本文在建立了力密度法平衡方程的基础上,提出“单元力密度矩阵”与“整体力密度矩阵”等概念,把力密度法的程序编制与有限元法联系起来,不仅大大提高了程序的运算速度,也解决了复杂结构的找形问题,并通过两个算例证明该法的可行性。     

索穹顶膜结构找形分析

索穹顶结构和覆盖膜结构均是由柔性材料组成,其成形及承载都依靠预应力来实现,故其设计首先需要进行找形分析。在对索穹顶膜结构的分离找形和整体找形进行对比研究的基础上,通过实例表明两种方法的计算结果差别很大,指出整体协同找形分析的必要性。     

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。     

Form-finding and buckling capacity optimization of branching structures based on force density method

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。     

弦支穹顶结构的形态分析问题及其实用分析方法

寻找弦支穹顶在零状态下的几何构形与计算时所需施加的初应变值是其形态分析的主要目的。基于零状态下所需求解参数的不同,将其形态分析问题分为:找力、找形、找力 找形三类。这三类问题基本覆盖弦支穹顶结构中所有可能出现的形态分析问题。利用较为成熟的数值分析理论针对找力与找形这两类问题,进行计算公式的推导,并通过找力与找形的组合成功地解决了找力 找形问题,最后给出求解这三类问题的计算流程。按计算流程对同一结构模型分别进行找力与找力 找形分析。计算结果表明:由结构在零状态下施加的初应变值换算而来的内力,经内力重分布后与初始态下内力在数值大小与分布上均有较大差别,所以弦支穹顶结构的找力分析是必需的。结构经找形后在零状态下的单元下料长度与结构在已知几何构形下的单元长度相差甚微,但部分节点坐标值在两个状态下却有较大差别,建议结构在建造时可直接按已知几何构形来进行下料,但应按找形后的计算结果进行放样安装。     

张拉整体结构的力密度法找形分析

本文介绍了适用于带有索元的柔性空间结构找形的力密度法。对力密度法的基本公式修正后,将其用于张拉整体体系,并编制了相应的分析程序。对附加的约束条件,推导了扩展力密度法的基本公式。用本文编制的程序对三棱柱单元体、四棱柱单元体及四面体复合单元进行了算例分析,并对较复杂的四面体复合体的找形结果进行了试验研究。     

索杆张拉结构的设计和施工全过程分析

索杆张拉结构体系以其简洁明确的力学概念为大跨度结构的应用创造了新的奇迹．本文从工程应用的角度，以索穹顶结构为描述对象，对索杆张拉结构的设计和施工成形分析进行了系统的研究．首先，本文首次提出基于体系平衡矩阵将杆单元内力转化为悬链线索单元内力，并可同时考虑节点荷载、保持体系设计构形的理论方法；其次，本文首次提出基于动力松驰法的控制索段原长的张拉下斜索施工分析及模拟方法．依据本文理论编制的程序成功对一小型索杆张拉结构的设计和施工过程进行了分析模拟．     

世博轴索膜结构方案演变与结构参数分析

上海世博轴索膜结构的设计经历了多种方案的比选。以世博轴特大型张拉索膜结构的设计过程为主线,采用非线性有限元方法对该项目各种方案的结构响应进行计算。结构选型提出了无谷索方案、有谷索方案、重锤方案以及内桅杆方案,对比分析了四种方案结构的受力和变形特征,研究了世博轴索膜结构的受力性能变化与方案演变过程,确定结构最终方案为内桅杆体系。并依据自重、弹性模量、泊松比以及支承等因素对结构性能的影响进行了参数分析,分析结果表明：结构体系是影响系统力学性能的主要因素,弹性模量、泊松比等材料属性对结构的整体性能的影响很小;当膜面跨度较大或使用较重的膜材时,建议在找形阶段应考虑自重的影响;为避免计算假定与实际情况脱节,对于柔性支撑体系建议采用整体模型进行分析。图14表7参3     

Form finding and key parameter analysis for concave wheel-spoke shaped pretension structure system

为了解内凹形轮辐式张拉结构的受力性能,建立内凹形结构体系的初始预应力与构型的近似关系,实现结构的初始预应力快速估算,采用参数化设计软件并编制的找形分析插件,找到合理的结构形态和预应力分布。同时对结构基本体系的关键参数进行分析,得出关键参数的合理取值范围。分析结果表明,索桁架的上、下径向索在控制矢跨比的条件下可以采用悬链线、抛物线和圆弧线;根据建筑造型和受力性能分析,在实际工程中建议索桁架的上、下径向索采用抛物线;结构上径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/20,下径向索的矢跨比合理取值范围为1/40~1/30;内凹形轮辐式张拉结构径向索桁架合理取值为32~44榀;结构外压环与上、下内拉环的高差比值 c₁/c₂ 合理取值范围为1.0~1.5,在该取值范围内,上、下径向索的预应力值相差在30%以内,结构内力分布比较均匀,刚度较好。     

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.     

基于BP神经网络算法的树状结构智能找形研究

为实现非均布荷载工况或支撑不规则曲面屋盖情况下的树状结构找形设计,提出了一种基于BP神经网络算法的智能找形方法.该方法将树状结构各支撑点的荷载、跨度及分叉角度作为设计条件,以节点零弯矩和结构稳定性为设计目标,利用人工智能BP神经网络对下层分级节点进行智能定位,由上而下逐级递推实现树状结构的整体几何形态找形.以二维树状结...