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充氣膜中索與膜單元力學模型的淺識
- 2020-11-13-

  一、索單元力學模型:

  充氣膜結構中的索單元是只承受拉力的柔性桿件,與傳統的剛性構件比較,其抗張剛度和構件自身的截面特性、自重、預拉力和外荷載密切相關。索單元的力學模型有以下類型∶

  1、直桿單元??紤]索單元只能受拉,結合其高柔的特性,將應變的幾何非線性關系代入有限元方程。索單元上包括自重的均布荷載對接哦故的非線性計算影響較大,需對索材的彈性模量修正,修正考慮索的拉力和索上作用的荷載。

  2、曲索單元。該曲索單元包含了沿投影方向和索長方向有兩種均布荷載。前者考慮自重對索垂的影響,后者只考慮索長方向的均布荷載,建立了索單元的非線性有限元模型。

  二、膜單元力學模型:

  充氣膜結構是一種只受拉,沒有抵御彎、壓能力的柔性結構,依賴膜面的曲率變化,使得應力重新分布,具有既定剛度來抵御外荷載的作用。幾何非線性較為顯明,運用了有限元單元法常常會用兩類膜單元模型∶

  1、三角形平面單元。這種單元的計算精度一般,常選用考慮節點x、y、z 三個方向位移的三節點平面多應變單元或者是三節點平面等參單元,運用 U.L列式法推導出來的膜單元幾何非線性之剛度矩陣,繼而計算了膜面的應力。

  2、三角形曲面單元。其計算精度較好,很好的擬合曲面邊界,真實的反映了充氣膜結構之幾何形狀。該六節點三角形曲面單元的表達之中,線性部分之應變引入了z向的位移,并且考慮了單元的曲率與扭率的影響。經三次坐標的變換,運用 U.L列式法推導出來膜單元幾何非線性的剛度矩陣。

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