| 【中文题名】 | 张力膜结构形态分析及程序设计 |
| 【英文题名】 | Form Finding Analysis and Program Design of Tensioned Membrane Structures |
| 【学科专业】 | 结构工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-3-2 |
| 【中关键词】 | 张力膜结构,形态分析,力密度法,非线性有限元法,几何非线性,整体分析 |
| 【英关键词】 | tensioned membrane structure,form-finding,force density method,nonlinear element method,geometric nonlinear,integral analysis,spatial beam element, |
| 【分类导航】 | 工业技术>建筑科学>建筑结构>非金属结构>织物结构> |
| 【论文摘要】 |
张力膜结构是一种以性能优良的柔性织物为材料,利用柔性钢索或刚性支承结构将膜面绷紧,从而具有一定刚度、能覆盖大空间的结构体系。张力膜结构是一种柔性结构体系,与传统结构不同的是其刚度由结构的几何曲面和预应力来提供。为了使薄膜结构具有一定的刚度,必须对其施加预应力,以确定满足平衡条件和建筑使用要求的初始平衡形态。因此初始平衡形状的确定(找形)是张力膜结构设计的首要步骤,也是设计中至关重要一步。本文的主要研究内容包括:
1应用力密度法对张力膜结构进行初始形状确定。这种方法的优点是只须给出控制点的坐标通过解一线性方程组就可以得到各结点坐标,避免了初始坐标问题和非线性收敛问题。本文在已有的索单元力密度矩阵的基础上推导了三角形膜单元的力密度矩阵。通过单元力密度矩阵的组装可以得到结构整体的平衡方程,这个过程类似于有限元法中将单元刚度矩阵进行组装得到结构平衡方程的过程。这样做概念清晰、简单,编程也很方便。2非线性有限元法是确定张力膜结构初始形状的有效方法。应用这种方法可以达到满意的精度,并且可以借助于通用的有限元分析软件完成。本文在用有限元法进行张力膜结构初始形状确定时采用了以力密度法确定的初始形状作为试探形... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-8 |
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第1章 绪论 |
8-16 |
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1.1 张力膜结构概述 |
8-10 |
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1.1.1 张力膜结构的定义 |
8 |
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1.1.2 张力膜结构工作机理探讨 |
8-9 |
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1.1.3 张力膜结构的特点及形式 |
9-10 |
|
1.2 张力膜结构的发展 |
10-13 |
|
1.3 建筑膜材概述 |
13-14 |
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1.3.1 膜材的种类 |
13 |
|
1.3.2 膜材的力学特性 |
13-14 |
|
1.3.3 膜材的其它物理特性 |
14 |
|
1.4 张力膜结构形态分析理论综述及研究进展 |
14-15 |
|
1.5 本文的主要工作 |
15-16 |
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第2章 几何非线性有限元理论 |
16-29 |
|
2.1 几何非线性有限元分析的一般列式 |
16-17 |
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2.2 三角形膜单元理论 |
17-20 |
|
2.3 直线索单元理论 |
20-22 |
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2.4 几何非线性空间梁单元 |
22-28 |
|
2.4.1 空间梁元几何非线性有限元分析的UL列式 |
22-27 |
|
2.4.2 空间梁元的坐标转换矩阵 |
27-28 |
|
2.4.3 数值算例 |
28 |
|
2.5 本章小结 |
28-29 |
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第3章 张力膜结构形状确定分析 |
29-44 |
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3.1 张力膜结构形态分析概述 |
29-30 |
|
3.2 给定边界条件下初始平衡曲面的确定 |
30-37 |
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3.2.1 力密度法的基本原理 |
30 |
|
3.2.2 力密度法的计算机实现 |
30-31 |
|
3.2.3 三角形膜单元的力密度矩阵 |
31-34 |
|
3.2.4 算例 |
34-37 |
|
3.3 等应力最小曲面的确定 |
37-42 |
|
3.4 张力膜结构形态分析的若干参数取值探讨 |
42-43 |
|
3.5 本章小结 |
43-44 |
|
第4章 考虑下部支承结构的协同找形分析 |
44-51 |
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4.1 引言 |
44 |
|
4.2 支承结构体系 |
44-45 |
|
4.3 协同找形算例分析 |
45-50 |
|
4.4 本章小结 |
50-51 |
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第5章 张力膜结构形态分析程序设计 |
51-55 |
|
5.1 面向对象程序设计概述 |
51-52 |
|
5.1.1 类/对象的定义及识别 |
51 |
|
5.1.2 类/对象之间的关系 |
51-52 |
|
5.2 面向对象的有限元程序设计 |
52-54 |
|
5.3 本章小结 |
54-55 |
|
第6章 结论 |
55-56 |
|
参考文献 |
56-58 |
|
致谢 |
58 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.122994 |
