現(xiàn)在膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有許多方法,但缺乏一套系統(tǒng)的理論,仍存在許多問(wèn)題需要解決和研究。比如膜建筑的隔振問(wèn)題、內(nèi)部環(huán)境問(wèn)題、屋頂膜材的融雪問(wèn)題、隔熱問(wèn)題、積灰問(wèn)題等,還有應(yīng)將現(xiàn)在的計(jì)算理論與計(jì)算機(jī)相結(jié)合并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的軟件,研究索膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng),解決索膜結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。
裁剪分析過(guò)程中,必須選定合適的裁剪式樣并精確確定連接坐標(biāo),把膜材由空間的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為平面的無(wú)應(yīng)力狀態(tài)。而一般情況下這時(shí)所對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)的整體剛度趨于零。據(jù)此建立的非線性方程組將變?yōu)槠娈惙匠探M,這樣得到的解可能是病態(tài)的。所以如何把膜材由預(yù)應(yīng)力狀態(tài)還原為無(wú)應(yīng)力狀態(tài)是進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)裁剪分析中的關(guān)鍵技術(shù),但這個(gè)問(wèn)題至今還未得到很好的解決。
由于裁剪分析與膜結(jié)構(gòu)的形狀、大小、曲率、材料性能等諸多因素有關(guān),使得目前各種裁剪方法的應(yīng)用均受到一定程度的限制。
到目前為止以有限元法為******、最普遍被采用的裁減分析方法,計(jì)算理論都是以平面膜單元作為膜結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型。該方法是從剛性板殼大變形理論移植過(guò)來(lái)的。膜結(jié)構(gòu)作為只能抗拉的軟殼體是不適宜采用這種平面單元的,其缺點(diǎn)是需要過(guò)多的平面內(nèi)位移來(lái)滿足平衡的要求,而實(shí)際情況是只需要一定的平面外和平面內(nèi)的位移及曲率變化就可以了。其后果就是在后面要進(jìn)行的內(nèi)力計(jì)算時(shí),代入真實(shí)材料常數(shù)后,由于前面找形得到的極小曲面與實(shí)際可能存在的膜結(jié)構(gòu)形狀的差距在視覺(jué)上可能不大,但對(duì)計(jì)算來(lái)說(shuō)卻是不能忽視的,因此計(jì)算很容易發(fā)散或出現(xiàn)皺褶。這也是其他方法的共同缺點(diǎn),往往把這一連貫的過(guò)程區(qū)分成理想化的找形和實(shí)際驗(yàn)算兩個(gè)階段,也就不能保證找出的形狀都能用真實(shí)的膜材建成等應(yīng)力極小曲面。膜結(jié)構(gòu)現(xiàn)有分析方法所遇到的這些困難,其主要原因是有限元法對(duì)有限元網(wǎng)格的依賴性,它們基本上都是由于有限元網(wǎng)格的存在而產(chǎn)生的。消除了網(wǎng)格也就避免了這些困難。因此,如何把無(wú)網(wǎng)格法引入膜結(jié)構(gòu)的分析中是一個(gè)值得研究的課題。
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