柔性張力結(jié)構(gòu)狀態(tài)與關鍵分析過程數(shù)值方法研究.pdf

1、柔性張力結(jié)構(gòu)是主要由受拉構(gòu)件構(gòu)成的以張力維持結(jié)構(gòu)形狀和剛度的結(jié)構(gòu)體系,一般包括:索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、索桿結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)。目前,柔性張力結(jié)構(gòu)分析狀態(tài)一般假設有零應力態(tài)、預應力態(tài)和荷載作用態(tài),以及基本的找形分析、預張力分析和荷載分析。隨著研究的不斷深入,這三個狀態(tài)已不能完整描述柔性張力結(jié)構(gòu)所包含的數(shù)值模擬分析狀態(tài)及真實物理狀態(tài),且基本的分析方法不能全面揭示狀態(tài)間的數(shù)理模型關系。因此,本文將深入研究柔性張力結(jié)構(gòu)的狀態(tài),并研究關鍵分析過程數(shù)值方法。

2、　　 基于柔性張力結(jié)構(gòu)分析全過程研究基礎,第二章完善了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)、張拉式膜結(jié)構(gòu)、氣承式膜結(jié)構(gòu)、氣囊式膜結(jié)構(gòu)和柔性飛艇膜結(jié)構(gòu)的分析全過程狀態(tài),進一步闡釋了狀態(tài)間的數(shù)理模型關系。在彈性平衡態(tài)和預應力態(tài)之間增加理想零應力態(tài),從彈性平衡態(tài)到理想零應力態(tài)稱為預張力松弛分析,從理想零應力態(tài)到預應力態(tài)稱為預張力導入分析。從構(gòu)型零應力態(tài)到構(gòu)型預應力態(tài)稱為成形過程分析?；诔尚螜C理不同,成形過程分為張拉成形和充氣成形。
　　 第三章對柔性張力結(jié)構(gòu)

3、預張力松弛分析進行了研究。采用釋放邊界約束點或者充氣壓力卸載,釋放張力結(jié)構(gòu)體系預應力。利用鉸接索桿體系平衡矩陣理論,提出了兩個求解柔性張力結(jié)構(gòu)理想零應力態(tài)的方法:線性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法和非線性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法,并編制了相應MATLAB程序。對呈線性行為的較小型張力結(jié)構(gòu),采用線性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法可得理想零應力態(tài);但對呈較強非線性行為的大型張力結(jié)構(gòu),線性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法存在一定誤差,必須采用非線性協(xié)調(diào)矩陣廣義逆法求解。
　　 第四章研

4、究了柔性張力結(jié)構(gòu)的預張力導入分析方法。根據(jù)柔性張力結(jié)構(gòu)總勢能方程,推導出預張力導入控制方程,建立了通過移動邊界節(jié)點和縮短主動索無應力長度實現(xiàn)預張力導入的數(shù)值迭代計算方法。因柔性張力結(jié)構(gòu)初始零應力態(tài)不存在幾何剛度,剛度矩陣奇異,提出假定初始應力的概念,并以可行自應力模態(tài)作為假定初始應力,克服數(shù)值分析奇異?；谔岢鏊惴?編制了柔性張力結(jié)構(gòu)的預張力導入分析MATLAB程序,并用經(jīng)典算例驗證算法的正確性?；诶硐肓銘B(tài),通過預張力導入分析可得

5、預應力態(tài)。算例分析表明,求解得到的預應力態(tài)與找形平衡態(tài)完全一致,從而克服了目前預張力分析導致的結(jié)構(gòu)形狀改變和預應力松弛現(xiàn)象。
　　 第五章對柔性張力結(jié)構(gòu)成形過程進行了研究。首先采用拋物線單元模擬柔性拉索,用動力松弛法求解柔性張力結(jié)構(gòu)成形過程非穩(wěn)定平衡狀態(tài)及成形后的穩(wěn)定平衡態(tài)。針對車輻式索張力結(jié)構(gòu)體系,本文推導出考慮周邊梁柱體系協(xié)同作用的柔性張力結(jié)構(gòu)統(tǒng)一節(jié)點不平衡力方程,采用動力松弛法對其進行非線性迭代求解,編制MATLAB程序?qū)?/p>