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膜结构设计包括的三大方面

膜结构设计主要包括形状确定、荷载分析和剪切分析。

1.膜结构的形状确定

(1) 确定预应力分布形式:先假定膜结构的应力分布,然后根据合理应力或经济应力的原则,通过分析计算得到膜的初始几何状态。

(2) 给定几何边界条件的形状确定问题:预先确定膜结构的几何边界条件,然后计算分析预应力分布和空间形状。

常用的计算机找形方法有:力密度法、动力松弛法和有限元法。

2.膜结构荷载分析

膜结构的荷载分析是以膜结构的形状和初始应力分布为基础的。它检查结构在各种荷载组合下的强度和刚度是否满足预定要求。膜结构的荷载分析基本上采用非线性有限元法,即将结构分为单元和节点,单元和单元通过节点连接,外部荷载作用在节点上,通过建立节点平衡方程求解。

3.膜结构的切割分析

切削分析是将通过找形获得并通过载荷分析得到的空间曲面转化为无应力平面切削图。作物分析包括三个步骤:

(1) 空间膜表面分为空间膜条

膜结构通过结构来表示形状。将空间膜面划分为膜条时,应充分考虑膜条边缘线即热接缝对美观的影响;同时,膜材料为正交异性材料,以使其应力性能最佳,织物的经纬向应尽可能与表面的主要受力方向一致;另外,材料最经济,缝线最短,这也是必须考虑的膜面剖切点。

(2) 将空间膜条膨胀成平膜。

将空间膜条展开成平板膜片,将三维数据转换成相应的二维数据。几何方法简单可行。但是,如果条带本身是不可展曲面,则条带必须细分为多个元素并通过适当的方法展开。膨胀过程是近似的。为了保证相邻小区的协调性,应尽量减小小区边长的变化。

(3) 从应力状态过渡到无应力状态

从应力状态到无应力状态的转变是释放预应力和补偿应变。膜结构在预应力状态下工作,在无应力条件下进行平板膜材料的切割。


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