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充氣膜結構的有限分析與索膜單元的選擇
- 2020-06-03-

  一、充氣膜結構的有限元分析:

  有限單元法在近幾年得到迅速發展,逐漸趨于成熟,并因其理論基礎堅實、通用性與實用性較強等顯明優點,被大家認為有效的數值方法。目前,它已成為科學探索、工程研究不能缺少的工具之一。當前市面上的大型通用的有限元分析軟件較多,如 ANSYS、ADNA、 NASTRAN、MARC、ABAQUS、 ADAMS、SAP等,基本上都可以用于非線性分析,計算精度也能良好的滿足科學研究和工程設計的需要。其中 ANSYS軟件是融結構、流體、電磁場聲場與熱場分析于一體大型的通用有限元分析軟件,可廣泛應用土木、地質、材料、礦業、機械、水利等工程的分析和科學研究。本文就是運用 ANSYS軟件對圓筒狀充氣膜結構在風載、雪載作用下進行受力模擬分析。

  二、索、膜單元的選擇

  ANSYS具有許多單元類型,而每種類型又具有較多的單元,不同的單元類型具有不同的節點數、自由度及特性,可模擬各材料和各結構。在較多的單元類型中,選擇合理的單元類型對結構進行模擬顯得相當重要,它是保證計算結果合理的前提,乃至是計算結果正確與否的關鍵。

  ANSYS單元中沒有專項規定膜單元,而只是對專茂模擬“薄壁結構”的一類單元(殼單元)進行了詳細的規定。充氣膜結構中膜單元可以認為是一種特定的薄殼結構,不能承受壓力、彎矩的作用,只能承受拉力。因此,可以使用殼單元對膜結構進行模擬。殼單元中的 Shell663、Shel14 Shell181單元均可以實現模擬膜。

  通常情況下,充氣式膜結構采用的膜材厚度是不變的即模型中的單元厚度不變,因此在設置時只要輸入膜材的厚度值TK(I。充氣膜結構不可避免的會承受壓力荷載,所承受的壓力荷載可以按單元各面上的面荷載輸入,壓力荷載轉化為單元等效荷載施加在節點上。 KEYOPT(1)用于控制單元的拉壓行為,缺省時單元能承受拉或壓應力,當 KEYOPT(1)=2時單元只承受拉應力不能承受壓應力,受壓時將導致單元發生“褶皺”。節點位置的出單元平面或舍入誤差都會引起位移的不穩定,為削弱其影響,通??刹捎脤嵆礒FS為單元增加個微小的法向剛度。

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