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泰州膜結構的裁剪說明

时间:2017-06-20 20:11:05 来源: 揚州市唯美膜結構有限公司 
摘要:...

      膜结构是近年来迅速发展起来的一种新型的空间结构。它作为一种柔性张力体系,与传统的刚性结构在设计计算上有诸多不同之处。裁剪分析是膜结构设计中的一个关键问题,它是一个施工下料的过程。由于裁剪分析结果的好坏直接影响到张拉成形后的结构是否能够实现所设计的曲面形状,所得的曲面是否光滑而不出现皱褶,它关系着整个工程的质量,因此,对膜结构进行裁剪分析探讨是非常必要的。 本文以有限原理论为基础,围绕着膜结构裁剪分析的四个过程:空间膜面裁剪线的确定、空间膜片的展开、膜面收缩补偿值的确定和裁剪分析的理论检验展开分析研究。
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、有限元網格線和測地線的優缺點,由于測地線可以更快速、高效地劃分空間膜曲面,采用測地線作爲空間膜面的主要裁剪線。分別以泛函極值法和最優化方法爲理論基礎,推導了空間膜面的測地線公式。對于泛函極值法,考慮了編程計算時關于節點坐標初值、擬合曲面方程、拉格朗日乘子的選取等的處理方法,並通過算例對測地線程序進行了驗證。
2.空間膜片的展開部分,將空間任意曲面離散成空間三角形單元折面的集合,這樣曲面展開成平面的問題就轉化爲尋找幾何尺寸上與空間三角單元折面集合最接近的平面三角形集合的問題。這種板單元有限元算法存在不足之處:無法保證相鄰膜片邊界的協調。爲了解決板單元有限元法的缺陷,提出了“虛縫單元”的概念,並推導了虛縫單元的計算公式。文中通過馬鞍膜算例說明了這種裁剪算法的有效性。
3.膜面收縮補償值的確定部分,主要討論了影響收縮補償值的幾個因素:預應力、荷載作用和膜材徐變的影響。其中,應力釋放帶來的膜材的收縮值采用有限元方法來求得,並編制了程序,算例證明有限元方法可以較好的解決膜面預應力釋放問題。荷載作用下殘余變形和兩向應力比的變化的影響及膜材徐變的影響采用試驗的方法來確定。
4.裁剪分析的理論檢驗部分,是對傳統的裁剪分析三個步驟的補充,通過理論檢驗可以驗證通過裁剪片實際拼接張拉成形的膜面與找形設計的膜曲面的幾何形態和應力分布是否一致。

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