充气膜结构的找形分析和裁剪分析

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1、⑧申请同济大学工学硕士学位论文充气膜结构的找形分析和裁剪分析培养单位：一级学科：二级学科：研究生：指导教师：土木工程学院土木工程结构工程陈慧进董冰：oo五年三月摘要膜结构是20世纪中期出现的一种新型空间结构形式，它所能创造的丰富多彩的外部建筑造型是其他建筑结构所不具备的，因此自从它发展成为一种结构形式以后就被广大的建筑师、结构师广泛的应用于大型的体育场馆、展览场馆等空间结构体系中。充气膜结构是一种较早出现的膜结构形式，在上个世纪七八十年代，曾大量的用于日本、美国等发达国家的体育场馆和展览场馆中。

2、虽然它自身存在一定缺点，使得它在近几年的发展和研究受到一定程度的影响，但是随着科学技术的进步，尤其是气压控制系统等设备的改进，相信在不久的将来充气薄膜结构会得到新的发展。本文首先对充气膜结构的特点以及所使用的膜结构材料及其性能进行了介绍，并概述了充气膜结构的整个分析过程一找形分析、荷载分析和裁剪分析。文章着重讨论了充气膜结构设计过程中最为关键的两个环节一找形分析和裁剪分析。其中对找形分析过程中几种常用方法的原理进行了阐述，并讨论了它们各自的优缺点及其适用性、相关性。本文还就目前通用的大型有限元软

3、件Ansys对充气膜结构进行了非线性有限元方法的找形分析。在Ansys找形分析过程中，膜内初应力通过温度变化来调节，采用小杨氏弹性模量的方法加快找形分析的收敛速度。文中给出了几个典型算例，通过算例分析和比较可以得出找形分析过程中充气气压、膜内初应力以及绳索预拉力对充气薄膜找形分析的影响。裁剪分析是充气膜结构设计过程另外一个关键的步骤。不准确的裁剪分析可能会使得最终拼接成型的膜结构不能达到建筑师预期的建筑造型，在膜表面出现褶皱，甚至是出现膜材的破裂、膜结构整个体系的坍塌等严重破坏性后果。本文就裁剪

4、分析过程中裁剪线的确定方法进行讨论，并对膜曲面的展开进行了分析，提供了两种方法一几何展开法和等效有限杆单元方法，并编制了几何展玎方法的VB程序，进行了算例分析。关键词：充气膜结构，找形分析，裁剪分析，褶皱，几何展丌方法，等效宵限卡下单元方法AbstractABSTRACTMembranestructureisanewkindofspacestructurestylesappearedinthemiddleperiodofthe20thcentury．Itcancreatelotsofcolorf

5、ulouterarchitectureshapeswhicharequitedifferentfromotherstructuresty7les．Therefore，sincemembranestructurehasbeenacquaintedanddevelopsintoakindofstructurestyle，ithasbeenwidelyusedbylorsofarchitectsandcivilengineersinthespacestructurebuildingssuchaslar

6、gegymnasiums，stadiums，exhibitionhallsandetc．Pneumaticmembranestructureisanearliermembranestructurestyle，whichhasbeenmainlyusedintheseventiesandei【ghtieslastcenturyinexhibitionhallsandstadiumsofthedevelopedcountriessuchasJapan，U．S．A．andSOon．Thoughitha

7、ssomeshortcomingsinitself,whichtosomedegreehasmoreorlessinfluenceditsdevelopmentandfartherresearchinrecentyears，wewouldbelievethat，withtheprogressofscienceandtechnologyspeciallytheimprovementofequipmentsuchasthecontrolsystemoftheatmosphericpressurean

8、detc．pneumaticmembranestructurewillstartanewdevelopmentinthenearfuture．ThecharacteristicofpneumaticmembranestructureiSdescribedinthepapertogetherwithsomekindsofmembranematerialsandtheirperformance．Thepaperalsogeneralizesthewholeanalysisprocessofpneum