球場膜結構的主流找形方法介紹

球場膜結構的主流找形方法介紹

球場膜結構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，下面就球場膜結構設計中，主流找形方法作個簡單的介紹。

一是物理模型方法。物理模型方法是通過使用肥皂膜等材料來模擬膜材，結合鐵絲、木棍等構件模擬的支撐邊界來組成球場膜結構的物理模型，來獲得可行的球場建筑形狀。物理模型方法具有明顯的優點，它不需要進行復雜的計算，可以非常直觀的表現出球場建筑所能實現的表面，通過改變構件形狀或是位置可以對設計形狀進行調整。但是對應的也存在著致命的缺陷，制作模型的過程是非常困難的，需要耗費大量的時間和人力，對于球場膜結構的承載能力也沒有辦法準確的分析。

二是力密度法。力密度法是根據球場膜結構的幾何拓撲關系、邊界條件、力密度值來進行結構找形，計算結點的坐標。通過這種方法來進行找形分析速度較快，不依賴結點初始坐標，而且避免了結構非線性收斂的問題。但是力密度法忽略了結構大變形的影響，所求的的結構初始形態存在一定的誤差。而且該方法對于力密度值的設定比較依賴，需要進行多次試算，找到恰當的力密度值才能求解出比較準確的結果，因此單純的力密度法并不是球場膜結構找形分析的合適方法。

三是動力松弛法。動力松弛法是一種用動力學方法來求解靜力學問題的方法，通過將球場膜結構離散為眾多單元和結點，分析由于初始應力分布導致的結構中的不平衡力作用下結構產生的運動。通過動力松弛法來求解平衡狀態不需要形成結構的總剛度矩陣，因此在計算中所占用的內存較少，計算效率較高，可以有效的處理單元松弛、褶皺以及各種不同的邊界條件。而且動力松弛法可以從球場膜結構任意的初始形狀開始計算，對初始形狀的準確度沒有依賴。然而動力松弛法的計算穩定性和收斂性速度受到了眾多因素的影響，比如初始曲面的設定、阻尼的大小等，參數的確定非常的經驗化。

四是非線性有限元法。非線性有限元法是目前球場膜結構找形中被更多使用的一種方法，它具有精確度高的優點。而且利用各種有限元分析軟件，進行簡單的二次開發就可以實現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，比如網格在計算后容易出現畸變，求解收斂的速度也比較慢。