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沼气膜结构的形状确定

日期:2013-12-2 15:02:29 | 阅读:920

 

沼气膜结构的施工首先需要的是膜结构形状的确定,就是确定初始状态的问题,“找形”是它在许多专著上的名称。膜结构在形状确定问题有两种类型,常用的计算机找形方法有:动力松弛法、力密度法、有限元法。
膜结构的两种找形方法是1、给定几何边界条件的形状确定问题:预先确定膜结构的几何边界条件,然后计算分析预应力分布和空间形状。2、给定预应力分布的形状确定问题:预先假定膜结构中应力的分布情况,在根据受力合理或经济原则进行分析计算,以得到膜的初始几何状态。最初的找形正是通过皂膜比拟来进行,后来发展到用其他弹性材料做模型,通过测量模型的空间坐标来确定形状,对于简单的外形也可以用几何分析法来确定,膜结构找形技术的真正发展来自计算机有限元分析方法的发展。为了寻求沼气膜结构的合理的几何外形,需要通过计算机的多次迭代才能得到。肥皂泡就是最合理的自然找形的膜结构。常用的计算机找形方法有:力密度法、动力松弛法、有限元法。
1.力密度法
索网结构中拉力与索长度的比值定义为力密度(ForceDensity)。力密度法(ForceDensityMethod)是由Linkwitz及Schek提出来的,原先只是用于索网结构的找形,将膜离散为等代索网,后来,该方法被用于膜结构的找形。把等代为索的膜结构看成是由索段通过结点相连而成,通过指定索段的力密度,建立并求解结点的平衡方程,可得各自由结点的坐标。优点是只需求解线性方程组,其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.动力松弛法
动力松弛法(DynamicRelaxationMethod)是一种专门求解非线性系统平衡状态的数值方法,他可以从任意假定的不平衡状态开始迭代得到平衡状态,最早将这种方法用于索网结构的是Day和Bunce,而Barnes则成功地应用于郑州膜结构的找形。最大特点是迭代过程中不需要形成刚度矩阵,节约了刚度矩阵的形成和分解时间,并可在计算过程中修改结构的拓扑和边界条件,该方法用于求解给定边界条件下的平衡曲面。其缺点是迭代步骤往往很多。
3.有限单元法
有限单元法(FiniteElementMethod)最初是用来计算索网结构的非线性迭代方法,但现在已成为较普遍的索膜结构找形方法。其基本算法有两种,即从初始几何开始迭代和从平面状态开始迭代。
经过找形确定的沼气膜结构初始形状满足了初应力平衡条件并达到预想的形状,但其是否满足使用的要求,还必须进行荷载效应分析。

 

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