本文選題：氣枕結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：向量式有限元　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：隨著ETFE氣枕結(jié)構(gòu)作為國(guó)家游泳中心的外圍護(hù)系統(tǒng)在我國(guó)首次應(yīng)用，，其諸多特點(diǎn)和突出優(yōu)勢(shì)得到認(rèn)識(shí)和驗(yàn)證，推動(dòng)了ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，使其作為新型建筑圍護(hù)體系相繼出現(xiàn)在廣州南站和大連體育場(chǎng)等大型大跨空間結(jié)構(gòu)中。然而，在建筑技術(shù)高速發(fā)展的今天，相比于張拉膜結(jié)構(gòu)，我國(guó)對(duì)ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)與研究還相對(duì)缺乏，亦沒有正式的氣枕結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)范，其應(yīng)用還處于比較初級(jí)的階段。既有的膜結(jié)構(gòu)找形與和荷載分析方法主要有力密度法、動(dòng)力松弛法和非線性有限元法，而氣枕結(jié)構(gòu)的分析研究又以非線性有限元法為主。氣枕作為柔性結(jié)構(gòu)在荷載作用下必然產(chǎn)生大變形大轉(zhuǎn)動(dòng)，剛體位移與彈性變形共存，表現(xiàn)出很強(qiáng)的幾何非線性，傳統(tǒng)有限元在處理此類問題時(shí)有較多限制。 向量式有限元是以向量力學(xué)為理論基礎(chǔ)并結(jié)合數(shù)值計(jì)算被提出的一種新穎的結(jié)構(gòu)行為分析方法，其能有效處理機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、彈塑性、大變形、大變位、斷裂、碰撞以及倒塌等強(qiáng)非線性問題或不連續(xù)行為，表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)性。 基于以上研究背景本文將向量式有限元引入到氣枕結(jié)構(gòu)的找形與和荷載分析，探討了向量式有限元法處理氣枕結(jié)構(gòu)問題的可行性與有效性。論文先詳細(xì)概括了膜結(jié)構(gòu)三階段分析及比較了既有三種數(shù)值分析方法。通過(guò)推導(dǎo)最為簡(jiǎn)單的桿單元理論公式，引出并較為詳細(xì)地闡明了向量式有限元的基本原理和分析步驟，編制了桿單元計(jì)算程序分析了桁架靜力和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)問題，并用于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形分析，驗(yàn)證了向量式有限元桿單元公式和程序的可行性和準(zhǔn)確性。 進(jìn)一步推導(dǎo)了向量式有限元三節(jié)點(diǎn)三角形常應(yīng)變膜單元理論公式，編制了膜單元計(jì)算程序，通過(guò)模擬氣囊充氣問題驗(yàn)證了膜單元公式以及所編程序的可行性與有效性。將向量式有限元膜單元理論應(yīng)用于氣枕結(jié)構(gòu)的找形分析，完善計(jì)算程序，闡明分析步驟，對(duì)正三角形、矩形及正六邊形氣枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行了找形分析，并與ANSYS結(jié)果對(duì)比分析，充分驗(yàn)證了用向量式有限元方法于氣枕結(jié)構(gòu)找形的適用性與有效性。 在找形分析基礎(chǔ)上，將向量式有限元進(jìn)一步應(yīng)用于氣枕結(jié)構(gòu)的荷載分析，選取矩形氣枕分析了5種常見荷載工況下的靜力行為，與ANSYS結(jié)果對(duì)比分析，驗(yàn)證了向量式有限元方法用于氣枕結(jié)構(gòu)荷載分析的可行性與有效性。
[Abstract]:With the first application of the ETFE air cushion structure as the outer enclosure system of the national swimming center in China, its many characteristics and outstanding advantages have been recognized and verified, which has promoted the application and development of the ETFE aerated membrane structure in the field of architecture in our country. As a new type of building enclosure system, it appears in large span space structures such as Guangzhou South Railway Station and Dalian Stadium one after another. However, with the rapid development of building technology today, compared with the tensioning membrane structure, The understanding and research of ETFE aerated membrane structure is still relatively lacking, and there is no formal specification for the air pillow structure system, and its application is still in the primary stage. The existing methods of form-finding and load analysis of membrane structures are mainly force density method. Dynamic relaxation method and nonlinear finite element method, and the nonlinear finite element method is the main method for the analysis of the air pillow structure. As a flexible structure, a large deformation and a large rotation will occur, and the rigid body displacement will coexist with the elastic deformation. Because of its strong geometric nonlinearity, the traditional finite element method has many limitations in dealing with this kind of problems. The vector finite element method is a new structural behavior analysis method based on the theory of vector mechanics and numerical calculation. It can effectively deal with the mechanism motion, elastic-plastic, large deformation, great displacement, fracture. Strong nonlinear problems or discontinuous behaviors such as collision and collapse show strong adaptability. Based on the above research background, this paper introduces the vector finite element method to the shape finding and load analysis of the air pillow structure. The feasibility and effectiveness of vector finite element method (VFEM) in dealing with the problem of air pillow structure are discussed. Firstly, the three-stage analysis of membrane structure and the comparison of three existing numerical analysis methods are summarized in detail. The basic principle and analysis steps of the vector finite element method are introduced and explained in detail. The bar element calculation program is compiled to analyze the static force and mechanism motion of the truss, and it is used for the shape finding analysis of the cable-net structure. The feasibility and accuracy of vector finite element element formula and program are verified. Furthermore, the theoretical formula of the three-node triangular constant strain membrane element with vector finite element is derived, and the calculation program of the membrane element is compiled. The feasibility and validity of the membrane element formula and the program are verified by simulating the air bag inflating problem. The vector finite element membrane element theory is applied to the shape finding analysis of the air pillow structure, the calculation program is perfected, and the analysis steps are expounded. In this paper, the shape finding of the triangular, rectangular and hexagonal air pillow structures is analyzed and compared with the results of ANSYS. The applicability and validity of the vector finite element method in finding the shape of the air pillow structure are fully verified. On the basis of shape finding analysis, the vector finite element method is further applied to the load analysis of air cushion structure. The static behavior of five common load conditions is analyzed by selecting rectangular air cushion, and the results are compared with ANSYS results. The feasibility and validity of vector finite element method for load analysis of air cushion structures are verified.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TU353

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;ETFE膜材面面觀[J];建筑科學(xué);2004年02期

2 胥傳喜,陳楚鑫,錢若軍;ETFE薄膜的材料性能及其工程應(yīng)用綜述[J];鋼結(jié)構(gòu);2003年06期

3 李君,向陽(yáng);ETFE膜材在建筑中的應(yīng)用[J];建筑創(chuàng)作;2004年01期

4 黃萍;;高性能含氟聚合物ETFE建筑用薄膜[J];新材料產(chǎn)業(yè);2006年06期

5 陳務(wù)軍;唐雅芳;任小強(qiáng);董石麟;;ETFE氣囊膜形態(tài)、結(jié)構(gòu)特性與材料性能試驗(yàn)[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2007年03期

6 馮敬;;ETFE膜在建筑中的應(yīng)用[J];湖南理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

7 ;黃萍:ETFE薄膜與膜結(jié)構(gòu)建筑[J];國(guó)外塑料;2008年06期

8 王凱;;ETFE充氣膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用[J];住宅科技;2012年11期

9 黃波;;ETFE膜結(jié)構(gòu)在廣州南站的應(yīng)用[J];城市建筑;2013年12期

10 Stuart K.Ronda;徐龍;;泡沫乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)的擠出[J];電線電纜;1991年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 吳清;唐钷;那向謙;;ETFE膜面材料與氣袋膜在屋面工程中的應(yīng)用[A];第15屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅲ冊(cè)）[C];2006年

2 吳明兒;王玨;張其林;張艷琪;;ETFE薄膜屋蓋鋁合金實(shí)驗(yàn)展示廳設(shè)計(jì)與安裝[A];第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

3 慕仝;吳明兒;;ETFE薄膜在高低溫環(huán)境下的材料性能[A];第九屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2009年

4 沈莉莉;夏鐘福;冀忠寶;朱建偉;;用作駐極體話筒儲(chǔ)電層的ETFE薄膜的電荷儲(chǔ)存[A];第三屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

5 王旭磊;李法仁;;新型材料ETFE膜的建筑用途及前景[A];土木建筑學(xué)術(shù)文庫(kù)(第15卷)[C];2011年

6 吳明兒;劉建明;慕仝;張其林;;ETFE薄膜材料單向拉伸試驗(yàn)[A];第七屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2007年

7 吳明兒;慕仝;張艷琪;;ETFE薄膜材料拉伸強(qiáng)度及焊接連接強(qiáng)度[A];慶祝劉錫良教授八十華誕暨第八屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

8 毛元慶;吳明兒;;彈簧支撐ETFE枕式膜結(jié)構(gòu)分析[A];第20屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ冊(cè)）[C];2011年

9 龍文志;;淺介ETFE膜結(jié)構(gòu)幕墻[A];第四屆全國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2004年

10 楊靜;于潤(rùn)升;曹興忠;李卓昕;王寶義;袁大慶;;正電子譜學(xué)研究ETFE的γ輻照效應(yīng)[A];第十一屆全國(guó)正電子湮沒譜學(xué)會(huì)議論文集[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 向陽(yáng);ETFE膜材在建筑中的應(yīng)用[N];中國(guó)建設(shè)報(bào);2004年

2 資料提供 ABBS;ETFE推進(jìn)建筑革命[N];中華建筑報(bào);2007年

3 李聞芝;奧運(yùn)場(chǎng)館建設(shè)：ETFE閃亮出擊[N];中國(guó)化工報(bào);2003年

4 本報(bào)記者 馬琳;ETFE給“水立方”穿“柔軟外衣”[N];中國(guó)房地產(chǎn)報(bào);2007年

5 劉辰;水立方：性別、開爾文定律與ETFE[N];中國(guó)房地產(chǎn)報(bào);2006年

6 記者 劉方斌 實(shí)習(xí)記者 王鵬;新材料對(duì)北京奧運(yùn)貢獻(xiàn)大[N];中國(guó)化工報(bào);2007年

7 記者 李聞芝;新材料亮相奧運(yùn)工程[N];中國(guó)化工報(bào);2006年

8 張婧;ETFE為“水立方”披上美輪美奐外衣[N];消費(fèi)日?qǐng)?bào);2008年

9 建筑評(píng)論人 陳廣宇;水立方：向科技致敬的建筑[N];中國(guó)房地產(chǎn)報(bào);2008年

10 馬亞寧;上�！安每p”為“鳥巢”工程做嫁衣[N];中華建筑報(bào);2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李鵬;考慮內(nèi)充氣體與外部膜材共同作用的ETFE氣枕力學(xué)性能及風(fēng)致響應(yīng)研究[D];北京交通大學(xué);2015年

2 劉建明;ETFE薄膜雙層氣枕結(jié)構(gòu)計(jì)算分析及試驗(yàn)研究[D];同濟(jì)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前7條

1 郎俊杰;ETFE結(jié)晶改性與粘接性能研究[D];北京化工大學(xué);2015年

2 林茂文;基于向量式有限元的ETFE氣枕找形與荷載態(tài)分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 趙兵;ETFE薄膜材料性能與雙層氣枕結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究[D];上海交通大學(xué);2012年

4 王暉;ETFE膜結(jié)構(gòu)安裝施工控制研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2010年

5 閔峻;ETFE絕緣電線電纜電子輻照交聯(lián)技術(shù)研究[D];復(fù)旦大學(xué);2013年

6 王鵬;ETFE氣枕的力學(xué)分析及其蒙皮效應(yīng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 占曉強(qiáng);乙烯—四氟乙烯共聚物的結(jié)構(gòu)和性能表征[D];浙江大學(xué);2010年

本文編號(hào)：1656865