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    平展膜结构景观膜面的技术分享

    编辑:临朐艺景膜结构工程有限公司时间:2021-05-26

    ?  据悉,膜结构景观膜面的展平分析主含了这些过程:明确裁剪式样,即确定膜曲面上的裁剪线,将膜曲面分解成若干的子曲面,然后将各个子曲面分别近似的展开成二维平面。曲面展开得到平面图形的过程是一个近似的过程,因此这一过程的一个基本的准则就是平面与曲面形状越像,用力学方法表示可用较小变形能原理表示,即空间曲面的越优展平平面是从空间曲面变形到平面图形所需变形能较小的平面图形。

      根据较小变形能原理,以有限元方法来进行展平分析。用有限元方法进行分析要先确定一个与空间曲面有限元网格的划分相一致的平面图形有限元网格划分。展平过程可表示为∶①、计算平面图形的初始应力与等效结点力(将空间曲面变形到平面图形引起的平面图形内应力的变化);②、有限元计算,将平面图形内应力释放,得到末后的展平图形;③、重复上述过程,直到得到变形能较小的平面图形。

      1、平面图形的初始应力与等效结点力的计算:

      将膜结构景观空间曲面离散成三结点二角形单元网格,平面图形也相应的离散成三结占三角形单元网格。空间曲面变形成平面图形用有限元方法计算时,实际上是对应三角形单元之间的变化,空间的三角形单元变形到平面三角形单元分三个部分∶三角形单元在单元所在平面内的变形、三角形单元在平面外的旋转及三角形单元整体的位移。在这三个变形之中,二角形平面外旋转与整体的位移均不会产生单元内应变。因此在确定膜结构景观平面图形的初始应力与等效结点力时,可以只进行比较由空间三角形单元与平面三角形单元形状上的差别所引起的单元应变,再根据这一应变确定单元应力。这样由空间三角形变形到平面二角形的过程就可以等效为两个平面三角形单元变形过程。

      这一过程的实现目前常用的有两种方法∶(1)、利用三角形各边应变与三角形单元的应变的关系,根据空间三角形单元与平面三角形单元对应边长度的不同,确定对应边的应变来确定三角形单元的应变;(2)、由三角形之间的奇异值变换得出空间三角形变形到平面三角形过程中单元主轴方向的变形,根据单元应变与单元主轴方向应变的关系米得到单元应变。这两种方法在理论上是等价的。

      2、展平计算:

      得到平面图形三角形单元中的应力及等效结点力后,就可以解决平面应力问题。有计算过程并没有对平面图形的外部边界加以约束,因此终算结果的边界长度与空间曲面的边界长度并不定然相等,这样相邻的两片空间曲面的平面展平图形在难于保持边界长度一致,会引起安装上的不方便。为解决这一问题,有文献引入了有边界约束的越小变形能原理,并根据这一原理,对膜结构景观平面图形的边界增加一圈刚度相对较大的杆单元,以保障边界长度的一致性。

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