近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型的 空間結(jié)構(gòu)。它作為一種柔性張力體系，與傳統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)計(jì)算上有諸多不同之處。裁剪分析是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，它是一個(gè)施工下料的過(guò)程。由于裁剪分析結(jié)果的好壞直接影響到張拉成形后的結(jié)構(gòu)是否能夠?qū)崿F(xiàn)所設(shè)計(jì)的曲面形狀，所得的曲面是否光滑而不出現(xiàn)皺褶，它關(guān)系著整個(gè)工程的質(zhì)量，因此，對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪分析探討是非常必要的。 本文以有限原理論為基礎(chǔ)，圍繞著 膜結(jié)構(gòu)裁剪分析的四個(gè)過(guò)程：空間膜面裁剪線的確定、空間膜片的展開(kāi)、膜面收縮補(bǔ)償值的確定和裁剪分析的理論檢驗(yàn)展開(kāi)分析研究。 1． 空間膜面裁剪線的確定部分，比較了三種主要的膜面劃分線：平面切割線、有限元網(wǎng)格線和測(cè)地線的優(yōu)缺點(diǎn)，由于測(cè)地線可以更快速、高效地劃分空間膜曲面，采用測(cè)地線作為空間膜面的主要裁剪線。分別以泛函極值法和最優(yōu)化方法為理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了空間膜面的測(cè)地線公式。對(duì)于泛函極值法，考慮了編程計(jì)算時(shí)關(guān)于節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)初值、擬合曲面方程、拉格朗日乘子的選取等的處理方法，并通過(guò)算例對(duì)測(cè)地線程序進(jìn)行了驗(yàn)證。 2． 膜結(jié)構(gòu)空間膜片的展開(kāi)部分，將空間任意曲面離散成空間三角形單元折面的集合，這樣曲面展開(kāi)成平面的問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為尋找?guī)缀纬叽缟吓c空間三角單元折面集合最接近的平面三角形集合的問(wèn)題。這種板單元有限元算法存在不足之處：無(wú)法保證相鄰膜片邊界的協(xié)調(diào)。為了解決板單元有限元法的缺陷，提出了“虛縫單元”的概念，并推導(dǎo)了虛縫單元的計(jì)算公式。文中通過(guò)馬鞍膜算例說(shuō)明了這種裁剪算法的有效性。 3．膜面收縮補(bǔ)償值的確定部分，主要討論了影響收縮補(bǔ)償值的幾個(gè)因素：預(yù)應(yīng)力、荷載作用和膜材徐變的影響。其中，應(yīng)力釋放帶來(lái)的膜材的收縮值采用有限元方法來(lái)求得，并編制了程序，算例證明有限元方法可以較好的解決膜面預(yù)應(yīng)力釋放問(wèn)題。荷載作用下殘余變形和兩向應(yīng)力比的變化的影響及膜材徐變的影響采用試驗(yàn)的方法來(lái)確定。
4．裁剪分析的理論檢驗(yàn)部分，是對(duì)傳統(tǒng)的裁剪分析三個(gè)步驟的補(bǔ)充，通過(guò)理論檢驗(yàn)可以驗(yàn)證通過(guò)裁剪片實(shí)際拼接張拉成形的膜面與找形設(shè)計(jì)的膜曲面的幾何形態(tài)和應(yīng)力分布是否一致。 |
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