基于比值更新的索穹顶结构找力分析方法

为了快速高效求解索穹顶结构的预应力分布,提出了一种基于比值更新的找力新方法.以不断更新的索预应力比值来分配拉索预应力,以索力和位形作为收敛控制参数,迭代得到满足精度要求的预应力分布.基于此,首先对索穹顶结构进行了不考虑重力影响的找力分析,验证了该方法的正确性;其次当考虑重力影响且每个索段划分为多个单元时,可引入沿索长的索水平分力这一不变量,将索力的比值替换为索水平分力的比值.结果表明:基于比值更新的找力分析方法计算速度快,位形偏差小,精度高;考虑重力影响的找力分析结果与不考虑重力影响相差较大(最大为19.34%),索穹顶结构的找力分析宜考虑重力的影响;将每个索段划分为单个单元和多个单元的找力分析结果相差甚微(最大仅0.05%),当索预应力较大且索长较短时,可将每个索段划分为单个单元以简化求解预应力分布.

索穹顶结构的找力分析方法——不平衡力迭代法

索穹顶的刚度和承载能力都是通过施加预应力来获取的,预应力设计是对索穹顶进行任何其它分析的基础,所以它的找力分析(Force finding)是一项很重要的工作。本文提出一种找力分析方法———不平衡力迭代法,它可以克服整体可行预应力法的一些不足:即使在索穹顶构件分组发生错误时仍可找到满足已知形状的预应力分布,并且该方法具有良好的稳定性和运算效率,算例表明不平衡力迭代法非常适合大型复杂索穹顶结构的找力分析。

Kiewitt型索穹顶结构的找力分析方法研究

以具有多个整体自应力模态的Kiewitt型索穹顶结构为研究对象,对单整体自应力模态索穹顶结构找力分析的比值更新法进行改进,提出了适用于Kiewitt型索穹顶结构的找力分析新方法,并以算例进行了验证.通过指定关键组件,分别对其施加预应力进行迭代计算,应用基于最小二乘的模态误差分析方法,将计算结果与奇异值分解法所得结果进行对比,发现:改进的比值更新法精度高,相比奇异值分解法,其得出的结果均为整体可行的自应力模态,即索受拉、杆受压,力学意义明确,为该结构的预应力确定提供了新的思路和解决方法.

膜结构找力分析的无矩理论和优化的复位平衡法

膜结构工程的实践和形状确定理论要求对膜结构进行找力分析。本文结合无矩理论推导了膜结构自平衡预应力确定的解析方程,研究表明膜结构自平衡预应力由膜曲面的特性和边界条件决定。根据相似原理提出了索膜结构找力分析的数值方法——复位平衡法,并且依据曲面上单元之间的关联对这种方法进行了优化。与无矩理论的计算结果比较显示优化的复位平衡法有很高的计算精度,能够应用到实际工程的精确分析中。

张拉索膜结构找力分析的复位平衡法

根据自然界中的相似原理提出了复位平衡法的思想,结合非线性有限元的变形分析实现了对张拉索膜结构的找力分析。和解析解比较的结果显示这种找力分析的方法有很高的计算精度。从而给形面构造和实际结构的预应力诊探提供了新的探索方向和研究方法。

张拉整体三棱柱几何作图法找形与找力

力学和几何学是密不可分的,本文给出了一种几何作图法进行端面平行时张拉整体三棱柱的找形方法和作图确定自平衡内力大小的找力方法,并推导出找形后张拉整体三棱柱自平衡内力的力密度计算公式,通过算例验证了几何作图法找形与找力的正确性。几何作图法找形和找力方法操作简单,直观可控,可以在CAD软件中实现,甚至可以纸上手绘实现;自平衡力密度公式简单,表达直观,是力密度法的一种几何实现。

铰接半刚性结构找形与找力分析的非线性有限元方法

对铰接半刚性结构找形、找力分析,提出一种精确的非线性有限元方法.分两步建立找形与找力分析迭代公式。第1步:基于荷载态节点坐标、预应力态节点坐标及预应力态单元预应力,建立荷载态结构非线性平衡方程,根据矩阵微分理论、Newton切线法概念和边界条件求解荷载态结构非线性平衡方程,从而得到预应力态节点坐标迭代公式;第2步:基于预应力态节点坐标、零态节点坐标和预应力态单元预应力,建立预应力态结构非线性平衡方程,同样根据上述理论和概念以及边界条件求解预应力态结构非线性平衡方程,从而得到零态节点坐标迭代公式。在每个迭代步中,首先由荷载态构形去找预应力态构形,然后由预应力态构形去找零态构形,两个子步交替进行。预应力态单元预应力由预应力态与零态的节点坐标之差确定。通过一弦支穹顶结构的找形与找力分析,验证了该方法的有效性。

一种结合找形和找力的索膜结构设计方法

实际工程对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求.针对工程中产生的问题,提出了一种膜结构的形状和相对应的自平衡预应力分开确定的构造方法.这种方法使用面力密度法进行节点力平衡的找形分析;然后使用优化的复位平衡法进行找力分析以确定和形面对应的自平衡预应力分布.结合一个具体工程验证了这种构造方法实际应用的可行性和合理性.

基于优化分析法的类张弦结构找力分析

在杂交结构理论基础上讨论了索、杆、梁混合体系的一种新型结构体系,类张弦结构即为张弦柱面巨型网格结构.在平衡矩阵理论基础上提出索、杆、梁混合体系的初始态预应力分布的确定方法为优化分析法,并用此方法计算了类张弦柱面巨型网格结构的初始态预拉力最优组合.此外,此方法还可通过现有的有限元分析软件分析结构整体预应力分布,无需再进行自我编程求解,为结构的分析设计提供了方便。

复位平衡法在索网结构找力分析中的应用

对索网结构找力分析中的一种方法——复位平衡法进行了研究,分析了该方法的基本思想和算法,算例结果表明:对大型索网结构通过复位平衡法的找力分析可以得到满足给定形状的预应力分布。

柔性索网结构找力分析的方法研究

索网是一种典型的空间柔性结构体系,必须通过施加预应力的方法才能形成有效刚度。预应力的分布则需要通过形态分析(找形与找力)来完成。对找力分析的两种方法——复位平衡法和逆迭代法进行研究,分析了这两种方法的基本思路和算法。结果表明:对大型索网结构,通过找力分析可以得到满足给定形状的预应力分布。

逆迭代法在柔性索网结构找力中的应用

索网中的预应力分布需要通过形态分析来实现,文章针对找力分析方法-逆迭代法在索网找力中的应用进行研究,通过分析该方法的基本理论和数值算法,基于有限元数值计算软件ANSYS建立逆迭代法的计算流程,以实现逆迭代法的迭代过程,并通过算例进行了验证。算例结果表明:逆迭代法应用于大型索网结构的找力分析是可行的。

索结构找力的扩展广义平衡矩阵奇异值分解法

预应力是维持索结构稳定性、形成刚度和承载能力的核心要素。考虑结构几何对称性等因素求解预应力模态,是获取索结构可行预应力的必要条件。通过对平衡矩阵的含义进行再阐释,引出广义平衡方程和广义平衡矩阵的概念。将广义平衡矩阵与平衡矩阵结合,形成索结构的扩展广义平衡矩阵。通过对扩展广义平衡矩阵进行奇异值分解,即可得到符合预定分布模式的预应力模态。针对3个典型算例,采用所提出的方法求得了满足工程需求的可行预应力模态。研究表明:通过指定合理的预应力分布模式,采用扩展广义平衡矩阵奇异值分解法,仅需一次奇异值分解即可得到可行预应力模态,找力过程简洁、直接;预应力分布模式可根据需要灵活设定,易于得到符合设计意图的可行预应力模态。

考虑面力密度的力法找形和预应力精确确定

随着膜结构应用领域的拓宽,实践对膜结构形状的构造提出了各种不同的要求。考虑膜单元的面力密度的力法找形方法,通过调整面力密度能够获得不同形状的曲面。对索膜结构找力分析的优化复位平衡法,能够对给定的拓扑曲面求解获得精确的自平衡预应力分布。把面力密度的力法找形和优化的复位平衡法的找力分析结合起来,能够完成形状构造的全过程,丰富了索膜结构的形状构造理论。

线性找力分析中的自动几何对称性检测方法

针对力学对称的多自应力模态体系的线性找力分析问题,人工观察获取力学对称单元信息需要经验且容易出错,自动对称性检测方法是必要的.本文提出了一种基于节点云的自动几何对称性检测方法.首先,基于等距变换和对称的定义,给出对称体系在对称或反对称荷载作用下内力和位移等矢量场对称或反对称的证明.其次,给出求解正对称分布自应力模态的对称性条件的引入方法.最后,引入图形学中对称性检测的有关概念,提出一种几何对称性信息的自动检测算法,开发了相应的代码并进行算例验证.

张拉整体四棱柱几何作图法找形与找力

张拉整体三棱柱和张拉整体四棱柱是最简单的张拉整体结构,也是形成组合式张拉整体结构的基本单元.针对端面平行张拉整体四棱柱,给出了一种几何作图找形方法.张拉整体四棱柱的自平衡内力可在找形过程中通过量测相应线段长度自然得到.通过算例对几何作图法找形和找力过程进行了详细介绍,并对找形后张拉整体四棱柱进行了有限元分析,验证了几何作图法的正确性.几何作图法操作简单,过程可控,可在CAD软件中直观实现找形和找力,为张拉整体结构理论研究与工程应用提供参考.

适时考虑索找力的索膜结构找形方法

实际索膜工程的找形分析,不仅要得到稳定的结构形态,还要得到合适的索的预张力分布。基于非线性有限元找形理论,提出适时考虑索找力的索膜结构找形方法。首先根据是否考虑及何时考虑索找力,分3种情况对一个小品膜结构进行找形分析,发现只有适时考虑索找力的找形方法可以得到形态稳定、索张力分布合理的结构形态。然后采用新方法对大型索膜结构"佛山世纪莲花"体育场屋盖结构进行分析,发现新方法可以快速有效地对大型索膜工程进行找形和找力分析。

线性找力分析中的对称性问题

实际工程设计中轴对称和中心对称的静不定动不定体系比较常见.线性找力分析希望自动获得对称分布的自应力模态,然而,力学对称体系预应力设计的问题并没有得到很好的解决.几何对称、力学对称以及预应力矢量场的对称三者之间存在较大的差别.几何对称未必力学对称,预应力矢量场对称也未必几何对称.在自动检测对称体系的几何或力学对称信息方面,本文补充证明了基于自应力矩阵行矢量的2-范数方法,并指出了该方法本身的不足.本文有助于线性找力分析中的自动对称性检测方法的研究,亦可供实际工程设计参考.

张拉膜结构力密度法找形分析中索边界的处理

本文论述了力密度法找形分析原理并引入“T单元”的概念处理边界 ,建立了平衡方程组 ,完善了力密度法 。

位移控制预应力影响矩阵在弦支穹顶找力分析中的研究与应用

弦支穹顶结构由上弦网壳、下弦拉索和撑杆组成,拉索预应力对结构内力和初始形态影响较大,合理确定预应力大小是弦支穹顶结构设计的关键。为此,根据线性叠加原理,将结构受力分解为外荷载作用与拉索预应力作用的线性叠加,提出了基于初应变和位移控制的预应力影响矩阵法。该方法通过依次计算单根环向拉索单位初应变下控制点位移值,形成位移控制预应力影响矩阵,计算竖向荷载下控制点位移值,建立相应的控制方程,求解控制方程得到各圈环向索对应的初始应变。弦支穹顶结构在所得初应变和外荷载下的索力就是在该荷载下的预应力值。结合某工程的深化设计,利用基于初应变和位移控制的预应力影响矩阵法对该工程实例进行了分析计算。结果表明,利用该方法计算出的初应变,可以保证竖向荷载下控制点的位移值小于2 mm,该计算方法物理意义较明确,计算较简便,准确度较高,可为类似工程的找力分析提供参考。