膜結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括形狀確定、荷載分析和裁剪分析三大方面。
1、膜結(jié)構(gòu)的形狀確定
?。?)給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題:預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況,再根據(jù)受力合理或經(jīng)濟原則進行分析計算,得到膜的初始幾何狀態(tài)。
(2)給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)的幾何邊界條件,然后計算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀。
常用的計算機找形方法有:力密度法、動力松弛法、有限元法。
2、膜結(jié)構(gòu)的荷載分析
膜結(jié)構(gòu)的荷載分析是在形狀分析所得到的外形與初始應(yīng)力分布的基礎(chǔ)上進行的,檢查結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的強度、剛度是否滿足預(yù)定要求的過程。膜結(jié)構(gòu)的荷載分析基本上都采用非線性有限元法,即將結(jié)構(gòu)離散為單元和結(jié)點,單元與單元通過結(jié)點相連,外荷載作用在結(jié)點上,通過建立結(jié)點的平衡方程,獲得求解。
3、膜結(jié)構(gòu)的裁剪分析
裁剪分析就是將由找形得到并經(jīng)荷載分析復(fù)核的空間曲面,轉(zhuǎn)換成無應(yīng)力的平面下料圖。裁剪分析包含三個步驟:
?。?)空間膜面剖分成空間膜條
膜結(jié)構(gòu)是通過結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)造型,空間膜面在剖分成膜條時,要充分考慮膜條的邊線即熱合縫對美觀的影響;同時膜材是正交異性材料,為使其受力性能最佳,應(yīng)保證織物的經(jīng)、緯方向與曲面上的主應(yīng)力方向盡可能一致;此外,用料最省、縫線最短,也是進行膜面剖分必須考慮的因素。
?。?)空間膜條展開成平面膜片
空間膜條展開成平面膜片,即將膜條的三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的二維數(shù)據(jù),采用幾何方法,簡單可行。但如果膜條本身是個不可展曲面,就得將膜條再剖分成多個單元,采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵湔归_。此展開過程是近似的,為保證相鄰單元拼接協(xié)調(diào),展開時要使得單元邊長的變化為極小。
?。?)應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)化到無應(yīng)力狀態(tài)
從應(yīng)力狀態(tài)到無應(yīng)力狀態(tài)的轉(zhuǎn)化,即釋放預(yù)應(yīng)力、進行應(yīng)變補償。膜結(jié)構(gòu)是在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下工作的,而平面膜材的下料是在無應(yīng)力狀態(tài)下進行的,為確定膜材的下料圖,需對膜片釋放預(yù)應(yīng)力,并進行應(yīng)變補償。這里的補償實際上是縮減,在此基礎(chǔ)上加上熱合縫的寬度,即可得膜材的下料圖。
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括的三大方面
來源:沈陽膜結(jié)構(gòu) 時間:2020-06-20