文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
张拉膜结构的初始找形及风致响应研究
姓名:夏正春
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:李黎
20050423
摘要
张拉膜结构是二十世纪后半期逐渐发展起来的一种受力合理、造型优美的新
型结构形式,它突破了传统结构的传力方式,利用柔性索或刚性支撑将柔软的膜
面绷紧,从而形成能够覆盖大跨度空间的结构体系。尽管近年来膜结构在我国有
了很快的发展,但是我存在很大的差距。
初始找形和风致响应仍然是张拉膜结构设计分析的难点和讨论的热点,本文主要
对这两个问题展开研究。
有限元技术是分析复杂结构的理想手段。本文首先推导了三节点三角形膜单
元和两节点索单元的非线性有限元基本公式。
张拉膜结构的刚度由几何曲面和预应力来提供,寻求平衡状态的几何外形和
预应力分布是后续分析设计的关键。本文在阐述膜结构初始找形的基本原理和常
用方法的基础上,根据力密度法找形理论,用 FORTRAN 编写了力密度法实用找
形程序 FFFD;介绍了支座提升法找形方法,推导了支座提升法找形中用到的“小
弹性模量”原理,并归纳了用 ANSYS 实现支座提升法找形的基本步骤;在对比分
析了上述两种方法优缺点的基础上,提出了混合找形法,提高了找形效率。
张拉膜结构属风敏感结构,时程法是分析此类结构风致响应的较好方法,风
速度场的数值模拟是时程法的前提。本文根据随机风速场的数值模拟技术,采用
谐波叠加法在 MATLAB 里编写了风速场数值模拟程序 WIND-VEL。
张拉膜结构具有强几何非线性,分析风振响应时必须考虑风与结构的相互作
用。本文借助 ANSYS,利用其中的 MATRIX27 单元模拟随时间变化的气动阻尼,
分析张拉膜结构在脉动风荷载作用下的响应,避免了繁琐的编程,为利用通用有
限元软件研究膜等风敏感结构提供了新的思路。
关键词:张拉膜结构;初始找形;混合法;数值模拟;耦合作用
I
Abstract
Since the second half of the last century, tensioned membrane structures have
attracted great attention because of their novel shape and reasonable behavior. Different
from the traditional structures,tensioned membrane structure is supported by flexible
cables or rigid supports to cover a large some progress in our country
have been pared with some advanced countries,the research level in China is
left finding and analysis of response to wind are still hot and difficult
subjects,which is studied in this thesis.
Finite element method is an effective tool for plex besic
formulation of geometricial non-linear finite element method, tri-node triangle element
which model membrane, and two-node link element which model cable are introduced
firstly.
Because the stiffness of tensioned membrane structures are dependent on
geometrical curved surface and prestress, finding the initial equilibrium shape and
surface stress distributing e a crucial on discusson of principles
and means of seaking for initial shape, a finding form p