中华钢结构论坛 China Structure Forum

标题: 关于膜结构理论方面的几个小问题 [打印本页]

作者: miao 时间: 2002-1-21 19:24 标题: 关于膜结构理论方面的几个小问题

Zhaoyu老师：
  您好！
  我是一名在校的学生，学结构。上次偶然上了www.okok.org 网站，那里内容真是太丰富了，感觉很兴奋。我现在面临论文选题的问题，自己对索膜张拉结构很感兴趣，也收集了一些这方面的资料，有中文的也有英文的。看了很久，现在有很多问题不是很懂。您是这方面的专家，冒昧地给您写信，希望能得到您的帮助，不胜感激！
  关于小弹性模量的问题。对于小弹性模量的理论，很多人都有提到，可是我还是感觉不太清楚。“在找形阶段，是一个静力平衡问题，对于物质的属性不必要和真实的材料相同”，这是最常见到的理由，但是很多情况下还是要用到弹性模量的大小，这个值的大小如何指定由什么来决定呢？如果说为了控制最后的应力分布，而把弹性模量指定为零，那刚度矩阵的线性部分就没有了，只是用到了平衡条件，那么超静定问题只用平衡条件不是决定不了最后的平衡状态吗？这样做还有一个问题，非线性有限元如果从平面状态开始迭代，会不会在平面状态导致方程组的奇异？如果用一个很小的值，既能大概控制最后应力的分布，也没有了方程组奇异的可能，这个好象是一个很好的方法，但是对于最后的平衡状态，如果重新指定了弹性模量，那么平衡状态会受到什么样的影响？对于在找形过程中是不是可以人为的控制过程，为了一个目的可以做出很多的限制和假定呢？
是不是找形的最后输出状态只是力的分布和空间点的坐标，并不是一个真正的实际状态，所以在下一步荷载分析的时候重新指定弹性模量没有什么问题？找形最后的输出状态是不是一个真实存在的状态？还是只是一个离散的分布状态？这是概念方面的问题，我不是很清楚。
  在非线性有限元方程中，有一个关于弹性主轴和局部坐标的夹角的问题，在剪裁没有进行的时候，弹性主轴的方向怎么确定呢？看国外的文章，有一个说法，在设计阶段，对于材料主轴方向的控制问题很重要，我一直不能很明白这个问题。你做过很多实际的设计，这个问题是怎么操作的。
  我们学校对于张拉索膜结构研究的老师不多，也没有什么做过实际的工程，所以我们做课题只是看一些论文，很多时候感觉没有任何的认识，也很难发现实际的问题，这个对于做论文是很要命的问题。您做过很多实际的工程，对这个学科有很多经验和深刻的认识，我想请您给我一些意见和建议，那将使我十分感激！
  很冒昧地给您写信，恳请您理解我这个后辈小生的心情。很多时候在学校里不知道外面的世界真正是什么样子，上次看了钢结构论坛，倍感激动和兴奋，也深深感到自己的不足，所以很着急。在前进的路上能得到先辈善意的帮助对一个青年是多么大的鼓舞！
  我现在在学校里，能在网上从清华的图书馆得到一些新的英文资料，包括engineering structures和computer and structures 杂志上面的文章，可能对大家有一些帮助，有需要的话，我可以发在上面。
  再次对您表示敬意和感激，并期待您的回复！
                                                 gussds

作者: zhaoyu 时间: 2002-1-21 20:21 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

您好。首先感谢您给我来信。

    千万不要叫我老师，实在是汗颜。我在这个行业里是做了很久，但主要是在应用方面，也就是具体的设计和结构计算上做过一些工作。虽然因为工作的需要我也看了一些这方面的论文做了一定的学习，但纯理论研究并不是我所擅长的。
    在某些方面你已经做了很深的研究，你是我的老师啊！
    对于你的问题我说说我的看法，不一定对。
    在找形阶段据我所知有很多应用到工程上的软件就是在找一个静力平衡。膜和钢索的弹性模量在找形阶段并不需要与材料严格相同，但也不是0,是假定一个数值好确定找形的平衡状态,这可以解决很多问题。这个找形的结果就被认为是“实际状态“，在做下一步的力学分析之前，要将正确的膜与钢索的刚度值带入。这样对平衡状态不会有很大的影响，可以满足工程上的精度要求。最起码，我所接触到的软件都是这样假定的。
   “材料主轴方向的控制问题”，这是一个让人头疼的问题。在膜材料刚问世时，膜在主轴与次轴之间的材性是有很大差别的。在这种情况下可能较早的论文都把这个作为一个重要的研究方向。但在工程中是不可能精确控制主轴方向的。在设计中只是能够大概的控制膜分片的主次轴方向，夹角误差可能大到30度左右。这牵涉到很多方面，与计算网格划分，应力分布和裁剪加工，材料利用率等等都有联系，所以我认为严格控制主轴方向是不现实的。随着材料科学的发展，现在的膜材如法拉力公司的产品在经纬向的材性已经可以达到基本相同，这就解决了很多问题并在工程应用中更实际一些。

    论坛中有很多高手并且乐于助人，有问题直接在论坛中贴出来效果会更好。不管有什么就贴出来吧，让我也能够长见识。

    如果你不反对的话，请把你把你的信贴出来吧。以后也不要太客气。 :-)

zhaoyu

作者: zhaoyu 时间: 2002-1-21 20:28 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

- hhux2002 在理论研究上研究的比较深，等等他的贴子吧！！！

作者: miao 时间: 2002-1-22 20:13 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

在找形过程中，不指定真实的弹性模量只是为了收敛速度的需要，还是有其力学意义？因为为了控制最后的应力分布，有人提出在找形过程中把弹性模量设为一个很小量。

作者: miao 时间: 2002-1-23 11:37 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

zhaoyu回复中的一段话，我们来看一看：
“在找形阶段据我所知有很多应用到工程上的软件就是在找一个静力平衡。膜和钢索的弹性模量在找形阶段并不需要与材料严格相同，但也不是0,是假定一个数值好确定找形的平衡状态,这可以解决很多问题。这个找形的结果就被认为是“实际状态“，在做下一步的力学分析之前，要将正确的膜与钢索的刚度值带入。这样对平衡状态不会有很大的影响，可以满足工程上的精度要求。最起码，我所接触到的软件都是这样假定的。 ”

  首先，问一下在用软件进行实际设计的时候，假想的弹性模量的取值标准是什么呢？文中所说的解决很多问题是指什么呢？对于找形的问题分类有几种，当然对于不同的问题类型，解决问题的意义是不是不太相同，想请您说明确一点。
  对于找形的最后输出结果是什么？是不是一个真实存在的平衡状态，是指对应于假定弹性模量，并且符合弹性力学的平衡，几何和物理方程的平衡状态？如果是这样，那么在荷载分析时，重新指定弹性模量对这个平衡状态会有什么影响？zhaoyu 说“对平衡状态不会有太大的影响，可以满足工程上的精度要求”指的是什么意思？是不是可以这样认为：对于一个特定的平衡状态，其弹性模量的意义是不明确的，只是力的平衡状态，对应于一个平衡状态，可以有不同的弹性模量对应。这对于小变形的线性问题是可以理解的，一根梁在计算应力分布的时候跟弹性模量是没有关系的。但是对于大变形的非线性问题，是不是也可以这样认为呢？
  这是一些概念性的问题，现在索膜结构研究的热点问题是什么呢？大家能不能都说说自己的看法。

作者: miao 时间: 2002-1-23 20:41 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

各位做设计工程的大虾们，请你们有时间的话把索膜结构的设计流程和方案选择方法和要注意的问题给我们介绍介绍，我们在学校里对这个没有一点概念。

作者: skyland 时间: 2002-3-11 00:00 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

膜结构的关键理论问题主要有两个：
1、膜结构的风振特性
2、膜结构的形态理论

作者: 自由骑士 时间: 2004-3-16 20:28 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

沈世钊那本“悬索结构设计”中用的也是小弹性模量理论，且说的很详细。

作者: zhaofuture 时间: 2004-4-2 05:07 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

我也来补充说明一下，手头就有沈世钊的“悬索结构设计”
我摘抄一部分：

由平衡的平面状态过渡到给定边界位置的最终状态，相当于结构力学中的支座位移问题。由平面状态过渡到实际状态，经历的位移是很大的，索网结构要发生很大的变形，因而这一过程具有很强的几何非线性。
在这一支座提升过程的计算中，索的弹性膜量可不必取真值，因为从“确定与应力状态”这一目标来看，我们需要的只是一个在给定预应力情况下符合平衡条件的索网曲面形状，至于通过什么过程达到这一最终状态，其实并不重要。因此，上面所谓的从平面形状开始的支座提升过程，只不过是一种虚拟的计算手段，这一过程的变形协调条件事实上是无关紧要的。由于在“支座提升”过程中索网的变形较大，为了使最终状态时索网内力不致过多偏离规定的预应力值，通常宜将索的弹性模量取一小值，使索网可以较“自由“地变形来适应给定的边界条件。实践证明，这一方法可取得比较理想的效果。
在极端情况下，在支座提升过程的计算中，可取索的弹性模量为零。
令弹性模量为零，可以保证所求得最终状态的索网内力完全符合规定的预应力值。但产生的负作用是部分索段变形过大，以致网格畸变较明显。因此，对于曲率变化不均匀的曲面，不宜令弹性模量为零。实践表明，只需给弹性模量一较小的值，即可保证较均匀的网格形状，而索网预应力仍然保持在与设定值接近的范围内。

作者: clili 时间: 2004-10-31 12:20 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

想跟大家讨论下miao同学在该话题提出的问题"在非线性有限元方程中，有一个关于弹性主轴和局部坐标的夹角的问题，“
在膜结构的找形中，坐标系的选择有整体，局部，材料坐标系三个。材料坐标系是考虑其膜材的各向异性的。我在找形的编程中，也一直不清楚材料坐标系与局部坐标系之间的关系，如它们的夹角如何确定？

作者: clili 时间: 2004-10-31 12:27 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

还有，既然”在找形阶段据我所知有很多应用到工程上的软件就是在找一个静力平衡。膜和钢索的弹性模量在找形阶段并不需要与材料严格相同，“那在找形阶段是不是就不需要考虑其材料的特性，也就是不理会材料坐标呢。
若取E为0，那么材料的本构关系又是怎么样的呢？

作者: tanfeng228 时间: 2004-10-31 19:55 标题: 回复：关于膜结构理论方面的几个小问题

北京交通大学的杨庆山教授编著的“张拉索-膜结构分析与设计”一书中对这些问题均有论述。

欢迎光临中华钢结构论坛 China Structure Forum (http://okok.org/)