| 【中文题名】 | 采用曲面四边形单元分析张力膜结构 |
| 【英文题名】 | Internal Force Analysis of Tensile Membrane Structures by Curved Quadrilateral Element |
| 【学科专业】 | 土木工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2006-6-29 |
| 【中关键词】 | 张力膜结构,内力分析,褶皱单元,曲面四边形等参单元,几何非线性有限元, |
| 【英关键词】 | tensile membrane structures,internal force analysis,wrinkling element,curved quadrilateral isoperimetric element,geometrical nonlinear finite element, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑结构>其他结构>> |
| 【论文摘要】 | 膜结构是近年来发展的空间结构体系之一。张力膜结构在外荷载的作用下会产生较大的变形,而且内力也重新进行分布。内力分析就是研究张力膜结构在外荷载的作用下结构的变形和内力分布情况,也是对膜结构找形后的形状进行检验,为膜结构的设计和施工提供参考。
本文根据几何非线性有限元理论,采用8结点曲面四边形等参单元,编制了用于张力膜结构内力分析的有限元程序。主要有以下一些工作:研究曲线坐标系中曲面膜单元的计算方法,在应变的线性部分引入了法向位移以及单元曲率和扭率的影响;分析了膜结构外荷载的情况,推导了用于曲面四边形膜单元的雪荷载和风荷载的等效节点力列阵;对膜材料的应力应变关系曲线进行了简单分析,对膜单元的正交异性进行研究并给出了材料主轴坐标系和局部坐标系之间的转换关系;对于膜结构所特有的褶皱单元,提出了平均主应力褶皱判断准则,并对褶皱单元进行单向受拉处理,给出了单向受拉和局部坐标系的转换关系;在程序计算中,本文同时使用了位移收敛准则和不平衡力收敛准则;简单讨论了非线性方程组的解法。
本文用Fortran90算法语言,编制了用于带有索和膜两种单元的张力膜结构内力分析的有限元程序,并且以带有边索菱形马鞍面和悬链面张力膜结构... |
| 【论文题纲】 |
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第1章 绪论 |
10-23 |
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1.1 膜结构简介 |
10-16 |
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1.1.1 膜结构的发展历史和应用 |
10-11 |
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1.1.2 膜结构的形式 |
11-14 |
|
1.1.3 膜结构的特点 |
14 |
|
1.1.4 膜材料的特性 |
14-16 |
|
1.2 膜结构全过程分析 |
16-18 |
|
1.2.1 找形分析 |
16-17 |
|
1.2.2 内力分析 |
17 |
|
1.2.3 裁剪分析 |
17-18 |
|
1.3 张力膜结构内力分析研究现状 |
18-21 |
|
1.3.1 力密度法 |
18-19 |
|
1.3.2 动力松弛法 |
19-20 |
|
1.3.3 有限元法 |
20 |
|
1.3.4 其它数值方法 |
20-21 |
|
1.4 本文主要工作 |
21-23 |
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1.4.1 目的 |
21 |
|
1.4.2 主要工作 |
21-23 |
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第2章 曲面四边形膜单元的有限元内力分析 |
23-62 |
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2.1 几何非线性有限元理论 |
23-27 |
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2.1.1 更新的Lagrange 格式 |
23-24 |
|
2.1.2 应力和应变的度量 |
24-25 |
|
2.1.3 几何非线性问题的表达格式 |
25-27 |
|
2.2 曲面膜单元计算理论 |
27-41 |
|
2.2.1 三维连续介质大位移几何方程和针对膜结构的简化 |
28-29 |
|
2.2.2 坐标变换 |
29-31 |
|
2.2.3 单元位移模式与插值函数 |
31-34 |
|
2.2.4 应变分析 |
34-37 |
|
2.2.5 平衡方程 |
37-41 |
|
2.3 材料的本构关系 |
41-45 |
|
2.3.1 膜材的基本力学性能 |
41-43 |
|
2.3.2 正交各向异性的处理 |
43-45 |
|
2.4 曲线索单元计算理论 |
45-49 |
|
2.5 GAUSS 积分点应力求解和褶皱单元处理 |
49-55 |
|
2.5.1 膜单元积分点应力求解 |
49-50 |
|
2.5.2 膜单元褶皱判断和处理 |
50-54 |
|
2.5.3 索单元GAUSS 积分点应力求解 |
54 |
|
2.5.4 索单元褶皱判断和处理 |
54-55 |
|
2.6 外荷载的计算 |
55-56 |
|
2.6.1 雪荷载 |
55-56 |
|
2.6.2 风荷载 |
56 |
|
2.7 内力分析 |
56-59 |
|
2.7.1 修正边界条件 |
57 |
|
2.7.2 非线性方程组的数值解法 |
57-58 |
|
2.7.3 收敛准则 |
58-59 |
|
2.8 程序流程图 |
59-62 |
|
第3章 内力分析算例 |
62-72 |
|
3.1 带有边索的菱形马鞍形曲面 |
62-68 |
|
3.1.1 找形分析 |
64 |
|
3.1.2 内力分析 |
64-68 |
|
3.2 带有边索的悬链面 |
68-70 |
|
3.3 小结 |
70-72 |
|
第4章 总结和展望 |
72-75 |
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4.1 本文工作总结 |
72-73 |
|
4.2 展望 |
73-75 |
|
附录 |
75-76 |
|
参考文献 |
76-80 |
|
致谢与声明 |
80-81 |
|
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 |
81 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.122269 |
