张拉膜结构力密度法混合找形分析

论述了张拉膜结构力密度法混合找形的基本理论;所谓力密度法混合找形,即部分单元力密度控制,部分单元弹性控制;力密度控制采用线性求解,弹性控制采用非线性求解,通过迭代计算混合找形求出各结点的坐标值。据此编制了相应的计算软件;对工程实例进行了验算,结果表明,本文给出的计算结果与德国著名软件easy的计算结果相吻合。     

力密度找形分析方法及计算机实现

本文通过对力密度法的分析研究，概括了力密度法的基本原理和找形分析的过程，用矩阵形式给出了力密度的基本列式。通过对各个矩阵基本元素分析，找到了力密度矩阵的组装规律和一维变带宽存储的规则及实现算法和过程，并给出了详细的力密度矩阵的装配过程。通过基于C 语言的系统框架的程序，实现了该基于一维变带宽存储的力密度找形分析方法。最后，通过几个数值算例表明了，力密度法找形理论的先进性，及本文提出的算法过程实现的可行性和正确性。由于本文的算法是基于效率比较高的一维变带宽压缩存储格式，因此，可以实现大型索膜结构的找形分析。     

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。     

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。     

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。     

张拉膜结构的有限元分析

应用有限元程序ANSYS进行了薄膜结构的找形分析和荷载分析．张拉结构受力后将产生较大的位移,因此需要采用非线性理论．通过一系列计算,可以发现影响找形结果的因素有：单元的划分,初始弹性模量的选取,膜的预张力,边索和脊索的预张拉力值及其比值．在实际工程中,由于膜结构建筑要求和边界条件的限制,找到具有极小曲面性质的初始平衡形状较难,因此,一般把应力的差值控制在一定的范围内．工程实例计算结果表明：在风荷载作用下膜结构的竖向位移反应比较大,风吸力通常是索膜结构设计的控制因素．     

基于双层平面索变形的车辐式张拉结构找形方法

建立了由上层索、下层索、飞柱组成的双层平面索结构,根据节点平衡推导了各索段拉力的计算公式;基于索拉力产生的平衡荷载与索拉力水平分量及索竖向变形之间的关系,推导了平面索在竖向荷载作用下变形计算的有限元列式;通过对平面索结构边界节点施加竖向位移,将上下索边节点移动到建筑要求的位置;当飞柱高度不同时,可通过飞柱的伸长或缩短达到设计要求的飞柱高度,最终实现车辐式张拉结构找形。本文还给出了找形后结构分析和索张拉控制所需的初应变计算公式以及考虑边界梁和柱子在索力下产生弹性变形的处理方法。通过对车辐式张拉结构工程实例进行找形计算,介绍了有限元法的计算过程;对找形后车辐式张拉结构进行了受力分析,将找形时结构荷载施加在找形后的结构上,结构最大竖向位移仅为0.72mm,验证了该找形方法的正确性。     

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。     

悬索桥空间缆索实用找形方法

针对现存分段悬链线法和有限元法在悬索桥空间缆索找形方面存在对初值敏感和容易发散等问题,本文提出了一种实用方法.基于空间缆索纯索体系的有限元模型,以缆索节点坐标和单元内力为未知参数,通过小弹性模量法确定迭代初值,采用内循环参数更新外循环坐标修正的嵌套循环迭代计算空间缆索线形.三个算例分析结果表明,本文方法计算精度与分段悬链线法一致,且具有迭代次数更少、收敛性更好和计算效率更高的优点,适用于纵桥向斜吊杆空间缆索的线形计算.     

索网天线找形分析的参变量变分有限元法

针对柔性空间索网天线的非线性特点,建立了基于参变量变分描述索网拉压非线性和共旋列式描述几何非线性的有限元控制方程,应用Lernke与改进牛顿法进行求解.通过对索网预张力平衡计算,证明改进牛顿法比Newton-Raphson法具有更强的收敛能力.进一步将力密度法迭代原理与有限元法结合应用于索网天线的非线性找形分析中,获得了理想的索网构型.本文的索网找形方法可广泛应用于空间索网天线结构的设计.     

张拉膜结构的动力松弛法研究

利用动力松弛法对预应力张拉膜进行初始平衡形状的确定以及静载分析。选择平面投影形状作为初始试形状，引入动力松弛法并对其参数进行分析，得出了薄膜结构在预应力态下的平衡形状分析方法，从而对薄膜结构进行静载分析。本文建立的方法对薄膜结构进行找形与静载分析时，无需形成整体刚度矩阵，不会造成误差累积，并且编程简单，迭代速度快，适用范围广，与动力分析具有统一性，十分适用于几何非线性程度较高的张拉柔性结构体系。通过算例分析表明本文方法简便，实用，精度较高，适用于大跨度张拉索网，索膜结构的几何非线性分析。     

Parametric Optimization of Metal Rod Structures Using the Modified Gradient Projection Method

International Applied Mechanics - Problems of parametric optimization of rod structure stated in terms of the nonlinear programming problem are considered. Use is made of the method of projection...     

薄膜结构的几何非线性分析

使用动力松弛法对薄膜结构进行静载分析，并提出一种方法处理皱折单元以确保荷载分析的可靠性。薄膜结构如果在某膜单元的单向应力方向发生皱折，其单元本身仍然能够继续承受荷载，因此提出索松弛单元和膜皱折单元处理薄膜的索松弛和膜皱折问题。就索网结构和薄膜结构分类给出算例进行静载分析，算例表明本文的方法可以有效处理索松弛单元和膜皱折单元，确保荷载分析的准确性。     

多目标结构优化设计的中心法

提出一个求解多目标结构优化设计的中心法，该方法可以看作是求解单目标优化问题中 心法的直接推广. 它针对每个目标函数引进一个``移动靶'以形成各目标函数的水平截集， 然后通过计算并跟踪这些目标函数的水平集与原约束集合形成的交集中心，来达到求解多目 标优化问题的目的. 这个方法在不增加额外计算量的情况下，实现了多目标优化与单目标优 化的算法统一，因此非常容易在现有的结构优化设计的程序中实现. 给出了几个结构优化 设计问题的算例，验证了算法的有效性和可靠性.     

结构粘弹性分析的线法

本文将以现代常微分方程求解器为支撑软件的线法推广应用于含时间变量的粘弹性力学问题。基基本思想是先用拦普拉斯积分变换把问题的控制偏微分方程组和定解条件进行交换,得到拉氏变换空间中的定常问题,然后用传统的线法借助于常微分方程求解器得到该变换空间中的数值解,再应用拉氏数值逆变换求得原时空域中的数值解。文中还给出方法的基本原理和实施过程。算例表明,采用拉普拉斯积分变换于线法分析结构粘弹性力学等含时间变量的     

边界元法分析薄形层合结构

薄形层合结构由于几何形状的特殊性,其力学分析是数值计算的难点.边界元法分析层合结构具有较大的优势,但对于薄形层合结构,边界源点和对边上的积分单元距离很近,边界积分方程中存在几乎奇异积分,常规的数值积分方法已经失效.文章引入一种半解析化方法,计算薄形层合结构边界元法中的几乎奇异积分,使边界元法能成功分析三维薄形层合结构的层间界面应力和各层内点力学参量.     

一种结构振动系统移频方法

本文对修改结构局部刚度和质量参数，从而使其具有给在有频率的动力修改问题提出了一种求解方法。该方法将结构固有频率修改问题化为一个低阶实对称矩阵特征值问题求解。文中给出一个算例来说明方法的有效性。     

结构谐振动力响应的有限元、动凝聚、迁移子结构法

本文扩展了FETM法思想,结合子结构、动凝聚及Riccati变换理论,直接求解谐和激励下结构的受迫动力响应,从而节省了运行时间,严格控制了计算精度。本文编制了程序,并以振型叠加法运行结果为参照,对不同算例的运算效率作了比较。结果表明:本文方法在理论上、实践上是切实可行的。     

不确定结构动力特征值区间分析的一种算法

将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示,对获得的广义区间特征值方程的求解方法进行了讨论,提出了一种区间逐步离散的方法。此方法通过独立的不确定性参数取区间离散点的值,将广义区间特征值方程的求解转化为相应的确定性问题,再搜索方程解中的最大最小值来确定各阶特征值边界。用数学算例对此算法的正确性和有效性进行了验证,然后应用于工程算例的特征值区间分析,并与其它算法结果进行了比较。计算结果表明该算法的计算效率较高,准确性较好。     

Design Component Method for Sensitivity Analysis of Built-up Structures

ABSTRACT

A “design component method” that provides a unified and systematic organization of design sensitivity analysis for built-up structures is developed and implemented. Both conventional design variables, such as thickness and cross-sectional area, and shape design variables of components of built-up structures are considered. It is shown that design of components of built-up structures can be characterized and system design sensitivity expressions obtained by simply adding contributions from each component. The method leads to a systematic organization of computations for design sensitivity analysis that is similar to the way in which computations are organized within a finite element code.