湖南膜結(jié)構(gòu)膜結(jié)構(gòu)的形狀確定問題就是確定初始狀態(tài)的問題,在許多專著上被稱為“找形”(FormFinding)。膜結(jié)構(gòu)的形狀確定問題有兩種類型: (1)給定預(yù)應(yīng)力分布的形狀確定問題:預(yù)先假定膜結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的分布情況,在根據(jù)受力合理或經(jīng)濟(jì)原則進(jìn)行分析計算,以得到膜的初始幾何狀態(tài)。
2)給定幾何邊界條件的形狀確定問題:預(yù)先確定膜結(jié)構(gòu)的幾何邊界條件,然后計算分析預(yù)應(yīng)力分布和空間形狀。 肥皂泡就是最合理的自然找形的膜結(jié)構(gòu)。最初的找形正是通過皂膜比擬來進(jìn)行,后來發(fā)展到用其他彈性材料做模型,通過測量模型的空間坐標(biāo)來確定形狀,對于簡單的外形也可以用幾何分析法來確定,膜結(jié)構(gòu)找形技術(shù)的真正發(fā)展來自計算機(jī)有限元分析方法的發(fā)展。為了尋求膜結(jié)構(gòu)的合理的幾何外形,需要通過計算機(jī)的多次迭代才能得到。 湖南膜結(jié)構(gòu)常用的計算機(jī)找形方法有:力密度法、動力松弛法、有限元法。
1.力密度法 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)中拉力與索長度的比值定義為力密度(ForceDensity)。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek提出來的,原先只是用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形,將膜離散為等代索網(wǎng),后來,該方法被用于膜結(jié)構(gòu)的找形。把等代為索的膜結(jié)構(gòu)看成是由索段通過結(jié)點相連而成,通過指定索段的力密度,建立并求解結(jié)點的平衡方程,湖南膜結(jié)構(gòu)可得各自由結(jié)點的坐標(biāo)。 不同的力密度值,對應(yīng)不同的外形。當(dāng)外形符合要求時,由相應(yīng)的力密度即可求得相應(yīng)的預(yù)應(yīng)力分布值。力密度法也可以用于求解最小曲面,最小曲面時膜內(nèi)應(yīng)力處處相等,肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。實際上的最小曲面無法用計算機(jī)數(shù)值計算方法得到,所以工程上常采用指定誤差來得到可接受的較小曲面。 力密度法的優(yōu)點是只需求解線性方程組,其精度一般能滿足工程要求。湖南膜結(jié)構(gòu)用力密度法找形的軟件有德國EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
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