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《东南大学》 2006年
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张力膜结构形态分析及程序设计

王利军  
【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状,在此基础上可以很快的收敛到最终的形状,并且采用了面向对象的方法编制相应的程序。 3膜结构的设计不但包括膜结构本身的设计还包括下部支承结构的设计。目前在进行膜结构设计时一般都采用分开计算的方法,由于不能准确考虑膜结构与下部支承结构的位移协调关系必然造成计算上的偏差。本文探讨了采用不同支承形式时膜结构分开计算对于膜结构初始形状确定的影响,并推导了空间梁单元的刚度矩阵用于空间杆系结构的非线性分析。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TU383

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