膜結(jié)構(gòu)車棚幾點問題分析
信息來源：www.szdebang.cn 發(fā)表時間：[2014-7-24 9:34:40]
1、現(xiàn)有剖析辦法
膜結(jié)構(gòu)車棚在設(shè)計剖析過程中存在三大問題，即外形肯定問題、荷載剖析頭號題和裁剪剖析問題。其中，外形肯定問題是最根本的問題，是后兩個問題剖析的根底。
目前，膜結(jié)構(gòu)車棚的外形肯定問題主要應(yīng)用的辦法包括力密度法、動力松弛法和非線性有限元法。其中，應(yīng)用最多，也最有效的辦法，當(dāng)屬非線性有限元法。
力密度法是由 Linkwitz 及 Schek 等提出的一種用于索網(wǎng)構(gòu)造的找形辦法，若將膜離散為等代的索網(wǎng)，該辦法也可用于膜結(jié)構(gòu)車棚的找形。所謂力密度是指索段的內(nèi)力與索段長度的比值。把索網(wǎng)或等代的膜結(jié)構(gòu)車棚看成是由索段經(jīng)過結(jié)點相連而成。在找形時，邊境點為約束點，中間點為自在點，經(jīng)過指定索段的力密度，樹立并求解結(jié)點的均衡方程，可得各自在結(jié)點的坐標(biāo)，即索網(wǎng)的外形。不同的力密度值，對應(yīng)不同的外形，當(dāng)外形契合請求時，由相應(yīng)的力密度即可求得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力散布值。
動力松弛法是一種求解非線性問題的數(shù)值辦法，從二十世紀(jì)七十年代開端被應(yīng)用于索網(wǎng)及膜結(jié)構(gòu)車棚的找形。動力松弛法從空間和時間兩方面將構(gòu)造體系離散化�？臻g上將構(gòu)造體系離散為單元和結(jié)點，并假定其質(zhì)量集中于結(jié)點上。假如在結(jié)點上施加激振力，結(jié)點將產(chǎn)生振動，由于阻尼的存在，振動將逐漸削弱，最終到達(dá)靜力均衡。時間上的離散是針對結(jié)點的振動過程而言的。動力松弛法不需求構(gòu)成構(gòu)造的總體剛度矩陣，在找形過程中，可修正構(gòu)造的拓?fù)浜瓦吘硹l件，計算能夠繼續(xù)并得到新的均衡狀態(tài)，用于求解給定邊境條件下的均衡曲面。
非線性有限元法是應(yīng)用幾何非線性有限元法理論，樹立非線性方程組停止求解的一種辦法，是目前膜結(jié)構(gòu)車棚剖析最常用的辦法，其根本算法有兩種，即從初始幾何開端迭代和從平面狀態(tài)開端迭代。前者是首先樹立滿足邊境條件和外形控制的初始幾何形態(tài)，并假定一組預(yù)應(yīng)力散布，普通狀況下初始的構(gòu)造體系不滿足均衡條件，處于不均衡狀態(tài)，這時再采用恰當(dāng)?shù)霓k法求解一個非線性方程組，求出體系的均衡狀態(tài)。后者是假定資料的彈性模量很小，即單元能夠自在變形，初始形態(tài)是一個平面，然后逐漸提升體系的支撐點到達(dá)指定的位置，由于單元能夠自在變形，所以體系的內(nèi)力就堅持不變。到達(dá)最終均衡狀態(tài)時，體系的內(nèi)力為預(yù)先指定的值；為了保證計算的穩(wěn)定性，支座需求分段提升。
上述算法在防止了網(wǎng)格畸變、保證了計算收斂并且選擇的非線性方程組解法適宜的狀況下，能夠得到較好的解。
2、現(xiàn)有剖析辦法存在的問題
力密度法只需求解線性方程組，關(guān)于簡單的構(gòu)造該辦法以至能夠手算，但是計算精度不如有限元法，構(gòu)造越復(fù)雜精度越差。動力松弛法的迭代步數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越普通的有限單元法，而且不適用于邊境條件未給定的狀況，如剖析膜材從平面狀態(tài)被張拉成空間狀態(tài)的過程。再者，即使找形問題用這兩種辦法處理了，荷載剖析和裁減剖析還 是要用有限元法處理。這樣，前后需求改換計算辦法，影響計算效率。
就目前而言，處理膜結(jié)構(gòu)車棚找形問題的最佳辦法依然是有限元法。但有限元法在處理找形問題時也會遇到一些比擬難處理的問題。例如：網(wǎng)格劃分稍有不當(dāng)就可能惹起網(wǎng)格畸變，招致計算無法停止；支座提升必需分段停止，分段數(shù)關(guān)于計算收斂有較大影響；所選擇的非線性方程組的解法也會影響解的精度。
3、有限元法在處理另外兩大問題時存在的問題
目前，荷載剖析和裁剪剖析的最佳辦法是非線性有限元法。但是，由于對有限元網(wǎng)格的依賴，有限元法在處理這兩大問題時也同樣遇到了難題。
在裁剪剖析問題中，比擬理想的裁剪線很可能將一個單元分紅兩半，這時就需求重新劃分有限元網(wǎng)格。為了可以按原樣準(zhǔn)確重建膜面曲率，有限元網(wǎng)格的劃分請求十分精密，常常和找形問題以及荷載剖析中運用的有限元網(wǎng)格存在較大差別。這樣重新劃分網(wǎng)格影響了膜結(jié)構(gòu)車棚設(shè)計的效率。
在荷載剖析問題中，關(guān)于風(fēng)荷載的剖析還觸及到流體—固體兩個物理域，這使得幾何建模和有限元網(wǎng)格生成技術(shù)遇到了極大的艱難。用有限元法停止膜材褶皺剖析時，由索惹起膜的褶皺只允許呈現(xiàn)在單元邊境。另外，由于網(wǎng)格的存在，也無法剖析索在膜材外表的自在滑動。
寧波膜結(jié)構(gòu)車棚現(xiàn)有剖析辦法所遇到的這些艱難，其主要緣由是有限元法對有限元網(wǎng)格的依賴性，它們根本上都是由于有限元網(wǎng)格的存在而產(chǎn)生的。消弭了網(wǎng)格也就防止了這些艱難。因而，如何把無網(wǎng)格法引入膜結(jié)構(gòu)車棚的剖析中是一個值得我們研討的課題。
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