索膜结构动力松弛法的研究与改进（可复制毕业论文）.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
索膜结构动力松弛法的研究与改进
姓名:陆鉴恒
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:金康宁
20060401
华中科技大学硕士学位论文
摘要
索膜结构是一种新颖的空间张力结构,由于其造型美观、结构效率高、空间跨
度大,近年来得到了迅速的发展和日益广泛的应用。如何有效、准确地对索膜结构
进行找形分析和受荷分析是目前索膜结构设计分析的核心。在目前已有的分析方法
中,动力松弛法由于其将曲面离散为点,将静力问题转化为动力平衡问题,很好的
解决了非线性分析问题,而且算法简单,精度可靠,是目前分析索膜结构较为有效、
易行的方法。因此,本文就动力松弛法理论进行了研究。
论文首先概述了索膜结构的特点以及现有的分析方法和研究现状,并介绍了传
统动力松弛法的基本理论,以及单元划分方法。然后,应用动力松弛法对索网、膜、
索膜结构进行找形分析,并对算法的两个参数∆t 、 SM/ 进行研究,得出参数取值
的含义与收敛范围,而且得到另外一个影响迭代性能的参数——平衡初始速度。经
过理论分析及推导,本文提出了简化参数方法,将原来双参数简化为单参数,使计
算简化。算法用 ANSYS 二次开发实现,充分利用其曲面模拟能力,减小动力松弛
法迭代计算次数,提高计算效率,而且其图形介面友好,能实时显示迭代过程节点
的空间位置,便于观察与程序调试。对多个算例计算、分析比较得出:改进的简化
方法计算精度可靠,迭代稳定;膜结构初始平衡状态与初始预拉应力无关;索膜结
构初始平衡状态与索、膜预拉应力比值密切相关等结论。最后在找形分析基础上,
应用动力松弛法对膜结构进行受荷分析,经算例分析得出:初始预拉应力、矢跨比、
边界约束等对膜结构在荷载作用下变形有着重要影响。
参数简化的动力松弛法是对传统动力松弛法的改进,而计算迭代次数比原来提
高不多,因此,本方法值得尝试与进一步研究改进。同时自编程序针对算例编写,
不同类型结构、边界约束需要对程序进行修改,所以,程序的通用性以及与 ANSYS
的整体性有待进一步提高。

关键词:索膜结构动力松弛法参数简化 ANSYS 二次开发

I
华中科技大学硕士学位论文
ABSTRACT
Being a new kind of special tension structure, cable-reinforced membrane structures
are universally accepted and developed rapidly during the past decades for its fully and
aesthetical variation, high structure efficiency and long span. Efficient and accurate
analysis of form-finding and load-behavior is the kernel part of cable-reinforced
membrane structures design. Among the current analyzed method, dynamic relaxation
method used a linear way to solve the nonlinear process, the accurate and reliable
equilibrium surface can be obtained by a simple algorithm. So this thesis focuses on the
dynamic relaxation method.
Firstly, in this thesis the characteristics of cable-reinforced membrane structures and
the current analysis methods were discussed and the basic theories of traditional dynamic
relaxation method were introduced in detail. After proceeding the form-finding analysis
with the dynamic relaxation method and studying two parameters ∆t , SM/ in the
algorithm, meanings of these parame