张力膜结构的找形分析

张力膜结构的形状不能随意选择,设计时首先要确定满足平衡条件和建筑要求的表面形状。本文根据大位移理论,得出了适合于张力膜结构的几何非线性有限元方程,给出了采用几何非线性有限元法确定张力膜结构的初始形状的方法,对预张应力的确定及找形问题的非线性方程求解收敛准则提出了建议。文中给出了几个找形算例,算例表明本文的找形方法是有效、正确的。     

基于Matlab的索膜结构有限元找形分析

本文基于修正的Lagrange坐标描述法,应用Matlab软件进行了索膜结构非线性有限元找形的程序编制,程序中使用Newton-Raphson法进行迭代。通过实例计算,与其它专业软件进行了对比,不但相互验证了程序的正确性,而且证明了Matlab程序的易编性和收敛速度快的特点,可供索膜结构分析、设计时使用。     

预应力索膜结构的D.R法找形分析

本文应用动力松弛法(D.R)对预应力索膜结构进行了找形分析。选择平面形状作为初始试形状并用平面膜元代替一般文献中D.R法使用的虚设索元,得出了索膜结构在预应力态下的平衡形状分析方法。算例分析验证了该方法简便、实用,并且与索膜结构的静动力分析具有统一性。     

膜结构极小曲面找形的一种自适应有限元分析

找形分析是膜结构设计中的关键环节,但在数学上,膜结构的极小曲面找形分析是一个高度非线性问题,一般无法求得其解析解,因此数值方法成为重要工具。近年来,基于单元能量投影法（EEP法）的一维非线性有限元的自适应分析已经取得成功,基于EEP法的二维线性有限元自适应分析也被证实是有效、可靠的。在此基础上,该文提出一种基于EEP法的二维非线性有限元自适应方法,并成功将之应用于膜结构的找形分析。其主要思想是,通过将非线性问题用Newton法线性化,引入现有的二维线性问题的自适应求解技术,进而实现二维有限元自适应分析技术从线性到非线性的跨越,将非线性有限元的自适应分析求解从一维问题拓展到二维问题。该方法兼顾求解的精度和效率,对网格自适应地进行调整,最终得到优化的网格,其解答可按最大模度量逐点满足用户设定的误差限。该文综述介绍了这一进展,并给出数值算例用以表明该方法的可行性和可靠性。     

张拉膜结构的初始平衡形态分析

张拉膜结构体系是近年发展起来的空间结构形式,初始平衡形态的确定,即找形分析是张拉膜结构设计中的关键。本文用力密度法和非一有限元法对张拉膜结构进行找形分析,并结合数值算例和工程实验验证了本文所编制的计算分析程序的有效性及适用性,同时对两种分析方法进行了比较。     

薄膜结构的找形分析研究

本文介绍了薄膜结构找形分析的相关理论和相应的有限元件计算公式,分析了其中的难占及着急性技术,在此基础上用有限元计算软件及自编程序实现了膜结构的找形。大量的算例和工程实例证明了本方法的正确性及广泛适用性。     

膜结构极小曲面找形分析的一种线性化近似方法及其有限元线法求解

膜结构的极小曲面找形分析是一个非线性问题,求解时需要进行大量非线性迭代,并需要一个合理的初始解作为收敛的保证,计算繁琐、量大且难度高。该文利用积分中值定理和归一化手段对曲面面积的表达式进行一种特殊的线性化,将原非线性问题转化为线性问题,使问题得到本质性的简化。该线性问题的解答作为原问题高质量的近似解,既可用于结构的初步设计阶段了解膜面的大概形状,亦可作为精细的找形分析中非线性迭代求解的初始解。该线性化方法的误差主要来源于映射参数分布的不均匀性,对于常见的可用平行四边形剖分的膜,其逼近精度相当高。有限元线法(FEMOL)是一种基于常微分方程(ODE)求解的半解析方法,其高度的解析性和解的光滑性特别适合于膜结构的分析。该文采用高次线法单元分析求解转化后的线性问题,只需一次求解,无需任何迭代。数值算例表明:该方法是一种简单、高效、高逼近度的膜结构找形分析方法。     

基于空间位形的在役索膜结构有限元模型修正与安全评估

索膜结构的内力分布与空间位形相互关联,受施工阶段的几何找形与服役阶段的结构损伤、性能退化等影响,在役索膜结构的实际位形与设计状态有所差异,结构的服役性态未知,工程上的安全评估难以操作且并无可靠方法借鉴。该文提出了一种基于空间位形指标的在役索膜结构有限元模型修正方法,以模型中拉索的初始预应力作为优化参数、以结构关键节点坐标的匹配作为模型修正目标函数,通过构建基于结构特征点空间位置信息的目标函数来反映有限元模型与实际结构的吻合度,设计ABAQUS与MATLAB联合仿真优化程序,利用全局搜索和局部优化实现模型修正。现场试验采用三维激光扫描获取在役索膜结构空间位形信息,基于实测数据对有限元模型进行修正。修正后模型与实际结构受力状况更为接近,与索力的实测结果对比表明,有限元模型的索力由修正前最大偏差10%~30%降低至10%以下,验证了方法的有效性与准确度。利用修正后的有限元模型实现了在役索膜结构的安全评估。     

风驱雨荷载作用下鞍形膜结构动力响应及可靠度研究

通过有限元数值模拟和风洞试验对鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应及其结构可靠度进行研究。采用Workbench软件中的Mechanical APDL模块与Fluent模块建立鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的模型,将该模型导入ANSYS AUTODYN软件中求解得到动力响应曲线。基于气弹相似理论制作了试验模型,并对试验模型进行风驱雨动力加载试验,从而得到其膜面不同特征点在不同工况下的动力响应数据。通过蒙特卡洛法对数值模拟和试验的动力响应数据进行求解,得到鞍形膜结构的可靠指标。此外,讨论了风雨荷载组合、预张力和矢跨比对鞍形膜结构动力响应与可靠度的影响。将试验与数值模拟进行对比分析,数值模拟结果与试验结果较为吻合。研究发现：风驱雨荷载会使膜结构产生显著的非线性振动,通过增大鞍形膜结构的预张力和矢跨比可有效减小振动响应;在不同参数之间,矢跨比对膜结构可靠度的影响更为显著。论文的研究方法和结果可以为膜结构非线性动力响应研究和基于可靠度理论的膜结构设计提供参考。     

单层柱面网壳结构的找形

该文研究刚性网壳结构的合理找形问题,将柔性结构中广泛应用的找形概念引入刚性结构,提出基于力密度法的单层柱面网壳结构的找形方法。通过在找形过程中引入自重,解决了高斯曲率为零的柱面网壳的找形问题,且通过合理找形可基本消除自重引起的弯矩和剪力。找形得到的网壳结构与传统柱面网壳在曲面外形上比较相近,但可大幅度提高单层柱面网壳结构的承载能力。该文提出的找形方法效率高、收敛性好,为单层柱面网壳结构的设计开拓了新的方法和思路。     

膜结构分析理论研究现状与展望

作为一种典型的柔性张力体系, 膜结构的分析方法与刚性结构相比有许多不同之处, 形成一套独特的理论体系。首先阐述了膜结构分析理论的特点和一些需要特殊考虑的问题, 然后从初始形态分析、荷载效应分析和裁剪分析三个方面概要介绍了膜结构分析理论的发展过程, 以及一些具有代表性的方法;继而针对膜结构分析中的若干热点问题, 包括褶皱的数值模拟、考虑多目标的形态优化、基于裁剪-找形一体化思想的精确成形技术和考虑流固耦合的风振分析方法等的研究现状进行了评述, 最后对膜结构分析理论的进一步发展提出展望。     

张拉膜结构形状确定的实验研究

在膜结构找形中,力密度法引入了"力密度"的概念,使问题简化。但力密度法需要多次试算后才能确定合适的力密度取值,这给找形过程带来困难。该课题组对力密度法的找形过程进行改进,避开其中"力密度"的概念,使找形计算过程简洁高效。该文即对这种"改进力密度"法进行了试验研究,以验证该方法的正确性。试验模型为一平面尺寸为4m×4m柔性索边界、四点支承的马鞍形张拉膜结构。张拉过程采用应力和位移同时控制,量测模型零状态、中间状态和张拉成形后状态边索和膜面的应变值及膜面监测点的空间坐标。通过试验值与理论值在膜面应变、索应变及膜面空间坐标的比较及与ANSYS法、解析法的比较,说明改进力密度法是正确的,可用于实际工程的膜结构找形分析。另外,通过本次实验,我们对膜面应变的量测也得到了一些经验教训。     

The time-dependent Green's function of the transverse vibration of a composite rectangular membrane

A new method for the approximate computation of the time-dependent Green's function for the equations of the transverse vibration of a multi stepped membrane is suggested. This method is based on generalization of the Fourier series expansion method and consists of the following steps. The first step is finding eigenvalues and an orthogonal set of eigenfunctions corresponding to an ordinary differential operator with boundary and matching conditions. The second step is a regularization (approximation) of the Dirac delta function in the form of the Fourier series with a finite number of terms, using the orthogonal set of eigenfunctions. The third step is an approximate computation of the Green's function in the form of the Fourier series with a finite number of terms relative to the orthogonal set of eigenfunctions. The computational experiment confirms the robustness of the method.     

张弦梁(桁架)结构两端张拉施工找形方法——分级卸载法

对张弦梁(桁架)结构的找形问题进行了深入研究,根据该类结构的受力特点,提出了分级卸载法,并应用于该类结构两端张拉施工过程的找形分析。该方法无需假定结构零状态几何,而可以一次得到对应于初状态(即预应力态)几何的结构施工放样尺寸(即零状态几何),并通过分级加载对该方法的精度进行了检验。     

Membrane Fluidity Changes,A Basic Mechanism of Interaction of Gravity with Cells?

All life on earth has been established under conditions of stable gravity of 1g. Nevertheless, in numerous experiments the direct gravity dependence of biological processes has been shown on all levels of organization, from single molecules to humans. According to the underlying mechanisms a variety of questions, especially about gravity sensation of single cells without specialized organelles or structures for gravity sensing is being still open. Biological cell membranes are complex structures containing mainly lipids and proteins. Functional aspects of such membranes are usually attributed to membrane integral proteins. This is also correct for the gravity dependence of cells and organisms which is well accepted since long for a wide range of biological systems. However, it is as well established that parameters of the lipid matrix are directly modifying the function of proteins. Thus, the question must be asked, whether, and how far plain lipid membranes are affected by gravity directly. In principle it can be said that up to recently no real basic mechanism for gravity perception in single cells has been presented or verified. However, it now has been shown that as a basic membrane parameter, membrane fluidity, is significantly dependent on gravity. This finding might deliver a real basic mechanism for gravity perception of living organisms on all scales. In this review we summarize older and more recent results to demonstrate that the finding of membrane fluidity being gravity dependent is consistent with a variety of published laboratory experiments. We additionally point out to the consequences of these recent results for research in the field life science under space condition.