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充气膜中索与膜单元力学模型的浅识
- 2020-11-13-

  一、索单元力学模型:

  充气膜结构中的索单元是只承受拉力的柔性杆件,与传统的刚性构件比较,其抗张刚度和构件自身的截面特性、自重、预拉力和外荷载密切相关。索单元的力学模型有以下类型∶

  1、直杆单元。考虑索单元只能受拉,结合其高柔的特性,将应变的几何非线性关系代入有限元方程。索单元上包括自重的均布荷载对接哦故的非线性计算影响较大,需对索材的弹性模量修正,修正考虑索的拉力和索上作用的荷载。

  2、曲索单元。该曲索单元包含了沿投影方向和索长方向有两种均布荷载。前者考虑自重对索垂的影响,后者只考虑索长方向的均布荷载,建立了索单元的非线性有限元模型。

  二、膜单元力学模型:

  充气膜结构是一种只受拉,没有抵御弯、压能力的柔性结构,依赖膜面的曲率变化,使得应力重新分布,具有既定刚度来抵御外荷载的作用。几何非线性较为显明,运用了有限元单元法常常会用两类膜单元模型∶

  1、三角形平面单元。这种单元的计算精度一般,常选用考虑节点x、y、z 三个方向位移的三节点平面多应变单元或者是三节点平面等参单元,运用 U.L列式法推导出来的膜单元几何非线性之刚度矩阵,继而计算了膜面的应力。

  2、三角形曲面单元。其计算精度较好,很好的拟合曲面边界,真实的反映了充气膜结构之几何形状。该六节点三角形曲面单元的表达之中,线性部分之应变引入了z向的位移,并且考虑了单元的曲率与扭率的影响。经三次坐标的变换,运用 U.L列式法推导出来膜单元几何非线性的刚度矩阵。