球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)的主流找形方法介紹

球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)的主流找形方法介紹

球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)找形分析有許多種方法，主要可以分為物理模型方法、力密度法、動(dòng)力松弛法和非線性有限元法。另外還有一些并不是很主流的方法，這里就不加以贅述了，下面就球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主流找形方法作個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

一是物理模型方法。物理模型方法是通過(guò)使用肥皂膜等材料來(lái)模擬膜材，結(jié)合鐵絲、木棍等構(gòu)件模擬的支撐邊界來(lái)組成球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)的物理模型，來(lái)獲得可行的球場(chǎng)建筑形狀。物理模型方法具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，它不需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，可以非常直觀的表現(xiàn)出球場(chǎng)建筑所能實(shí)現(xiàn)的表面，通過(guò)改變構(gòu)件形狀或是位置可以對(duì)設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行調(diào)整。但是對(duì)應(yīng)的也存在著致命的缺陷，制作模型的過(guò)程是非常困難的，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力，對(duì)于球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)的承載能力也沒(méi)有辦法準(zhǔn)確的分析。

二是力密度法。力密度法是根據(jù)球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)的幾何拓?fù)潢P(guān)系、邊界條件、力密度值來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)找形，計(jì)算結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。通過(guò)這種方法來(lái)進(jìn)行找形分析速度較快，不依賴(lài)結(jié)點(diǎn)初始坐標(biāo)，而且避免了結(jié)構(gòu)非線性收斂的問(wèn)題。但是力密度法忽略了結(jié)構(gòu)大變形的影響，所求的的結(jié)構(gòu)初始形態(tài)存在一定的誤差。而且該方法對(duì)于力密度值的設(shè)定比較依賴(lài)，需要進(jìn)行多次試算，找到恰當(dāng)?shù)牧γ芏戎挡拍芮蠼獬霰容^準(zhǔn)確的結(jié)果，因此單純的力密度法并不是球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)找形分析的合適方法。

三是動(dòng)力松弛法。動(dòng)力松弛法是一種用動(dòng)力學(xué)方法來(lái)求解靜力學(xué)問(wèn)題的方法，通過(guò)將球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)離散為眾多單元和結(jié)點(diǎn)，分析由于初始應(yīng)力分布導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)中的不平衡力作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)動(dòng)力松弛法來(lái)求解平衡狀態(tài)不需要形成結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣，因此在計(jì)算中所占用的內(nèi)存較少，計(jì)算效率較高，可以有效的處理單元松弛、褶皺以及各種不同的邊界條件。而且動(dòng)力松弛法可以從球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)任意的初始形狀開(kāi)始計(jì)算，對(duì)初始形狀的準(zhǔn)確度沒(méi)有依賴(lài)。然而動(dòng)力松弛法的計(jì)算穩(wěn)定性和收斂性速度受到了眾多因素的影響，比如初始曲面的設(shè)定、阻尼的大小等，參數(shù)的確定非常的經(jīng)驗(yàn)化。

四是非線性有限元法。非線性有限元法是目前球場(chǎng)膜結(jié)構(gòu)找形中被更多使用的一種方法，它具有精確度高的優(yōu)點(diǎn)。而且利用各種有限元分析軟件，進(jìn)行簡(jiǎn)單的二次開(kāi)發(fā)就可以實(shí)現(xiàn)非線性有限元法的找形分析。然而其也存在自己的一些缺點(diǎn)，比如網(wǎng)格在計(jì)算后容易出現(xiàn)畸變，求解收斂的速度也比較慢。