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    膜結構景觀設計的三步驟

    2023-08-07 14:06:43
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    膜結構景觀的設計可以分為三個步驟:

    (1)找出初始平衡外觀;

    (2)在各種荷載組合下進行機械分析,以確保安全;

    (3)裁剪制造。自20世紀60年代以來,興旺國家提出了多種計算方法

    到目前為止,有限元法是很先進、很常用的方法。單元類型均為三角平面常應變單元,從剛性板殼大變形理論中移植。

    從下面的分析可以看出,青島膜結構車棚不適合作為只能拉伸的軟殼使用這種平面單元,因為就剛性外殼而言,這種平面單元可以看作是平面應力單元戰爭板彎曲單元的組合,其單元剛性陣可以由這兩個單元剛性陣合并而成。膜結構作為一個軟殼體,不能彎曲,只能通過膜曲面的曲率變化來抵抗垂直于曲面的外載荷,從而導致膜外表面的內力重散。如果仍然使用這種只要平面內應力的板單元,應變的線性局部不會反映平面外Z方向位移的影響,這將導致每個單元的位移。

    考慮到這一點,中國膜結構技術人員首次在世界范圍內使用了曲面面膜單元,應變的線性部分引入了Z向位移和單元的曲率和扭矩,而非線性部分仍然保留了Z向位移的影響項。這樣就可以輕松滿足每個單元和每個單元合并后的均衡方程,迭代次數大大減少,變形結果更符合真實情況。而且由于單元中的每個點應力不同,判斷皺紋是否能呈現得更準確。然后,每個單元的曲率和扭矩率可以提供很多關于判斷初始形狀的正確性和優缺點以及切割的信息。

    用曲面有限單元建立的膜結構找形和內力計算方法非常小。曲面具有非常完美的外觀和應力狀態,是膜結構很合理的理想初始狀態。極小的曲面是指在給定邊境條件下面積很小的曲面。任意一點的應力在這個曲面上是相等的。從20世紀60年代開始,興旺國家就提出了物理模型法、力密度法、動力松弛法等多種計算方法。到目前為止,有限元法是很先進、很常用的方法。

    不僅在國內,到目前為止,國外的計算理論也是以平面膜單元作為膜結構的計算模型。這種方法是從剛性板殼大變形理論中移植的。膜結構作為一種只能拉伸的軟殼,不適合使用這種平面單元。其缺點是平面內需要過多的位移來滿足平衡要求,而實際情況是平面外戰爭面內只需要一定的位移和曲率變化。因此,在后期內力計算應停止時,將真實數據常數代入后,由于前面找到的極小曲面與實踐中可能存在的膜結構形狀的差距可能在視覺上很小,但不能忽視計算,因此計算容易發散或起皺。這也是前面其他方法的共同缺陷。他們經常把這種連接過程分為兩個階段:理想的找形和實際的計算,所以他們不能保證所有找到的形狀都可以用真正的薄膜材料制成等應力極小的曲面。


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