顾冬生,等:索膜结构的Ansys分析方法
索膜结构的Ansys分析方法
顾冬生 郭正兴
(东南大学土木工程学院 南京 210096)
李瑞刚
(广州宏达工程顾问有限公司 广州 510635)
摘 要 索膜结构找形可以通过提升初始状态的指定点到指定位置的方法进行。在这个过程中小弹性模量理论
得到了应用,最后真实的材料弹性模量必须能够重新赋予结构,以克服目前普遍应用小弹性模量不能恢复弹性模量真实值的不足。考虑到目前有限元通用程序的广泛使用,着重研究了这一方法在Ansys上的实现过程,为使用Ansys进行索膜结构设计提供了理论解释。关键词 索膜结构 找形 有限元模型 小弹性模量
THEANALYSISOFCABLEMEMBRANESTRUCTUREWITHANSYS
GuDongsheng GuoZhengxing
(DepartmentofCivilEngineering,SoutheastUniversity Nanjing 210096)
LiRuigang
(GuangzhouHongdaEngineeringConsultantCo1,Ltd Guangzhou 510635)
ABSTRACT Theform2findingofcablemembranestructurecanbeaccomplishedwiththespecificpedestals′up2lifttothespecificplace1Inthisprocess,thelowelasticitymodulusmethodisused,andtherealelasticitymodulusshouldberedefinedtothematerialintheend,whichcanovercomethedeficiencyofthemethodusednow1Thinkingofwideuseofthefiniteelementsoftware,therealizationofthisprocesswithAnsysisdiscussed,whichprovidesatheoreticalexplanationofusingAnsystodesignacablemembranestructure1
KEYWORDS cablemembranestructure form2finding finiteelementmodel lowelasticitymodulusmethod
索膜结构造型活泼优美,富于时代气息。由于其自重轻,特别适合于大跨度建筑。从其诞生起,就得到了工程界的广泛重视并且得到了长足的发展。我国虽然起步较晚,但发展势头迅猛,已经建成了许多重要的索膜结构工程。由于索膜结构是一种柔性张拉结构,有着极强的非线性特性,并且其分析方法不同于传统的结构,存在着一个初始形态确定的过程,所以目前索膜结构的分析和研究局限于科研人员和专业公司。这一特点对索膜结构的进一步推广应用不利。考虑到有限元通用程序的广泛使用,有必要研究一种思路清晰、操作方便的实用分析方法。1 非线性模型的建立111 基本方程的建立
对膜结构:
(tKL+tKNL){Δu}=
(t+Δt)
{R}-{F}
t
(2)
112 找形的原理
本文索膜结构的找形方法源于文献〔2〕,应用如
下的基本原理:从一个由符合虎克定理的平面平衡索网结构开始(膜结构找形的原理与此完全相同),通过指定点位置的分步移动,形成一个平衡的曲面,剩余点的位置由这一平衡位置得到。在这一过程中可以采用小弹性模量,这样对于得到的平衡状态要进行处理,恢复其真实的材料弹性模量。于是这一平衡状态被打破,重新迭代计算得到最后的平衡状态。这一过程在Ansys上可以很容易地实现。以杆件单元模拟索,以三角形膜单元模拟膜,它们都有只能受拉不能受压的性质。杆单元的预应力通过初始预应变来施加,膜单元的预应力通过降低温度来施加。
在提升过程中,如果膜单元选择真实的弹性模
第一作者:顾冬生 男 1978年1月出生 博士研究生收稿日期:2004-04-25
基于几何非线性有限元理论,索网结构采用直线杆系模型,薄膜结构采用三角形单元,考虑结构大变形效应,推导出找形分析的基本有限元方程,具体过程见参考文献〔1〕。
对索网结构:
t([k0]+[kσ]){Δu}=(t+Δt){f}-t{fR}(1)
SteelConstruction12004(4),Vol119,No173
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