球场膜结构的主流找形方法介绍

球场膜结构的主流找形方法介绍

球场膜结构找形分析有许多种方法，主要可以分为物理模型方法、力密度法、动力松弛法和非线性有限元法。另外还有一些并不是很主流的方法，这里就不加以赘述了，下面就球场膜结构设计中，主流找形方法作个简单的介绍。

一是物理模型方法。物理模型方法是通过使用肥皂膜等材料来模拟膜材，结合铁丝、木棍等构件模拟的支撑边界来组成球场膜结构的物理模型，来获得可行的球场建筑形状。物理模型方法具有明显的优点，它不需要进行复杂的计算，可以非常直观的表现出球场建筑所能实现的表面，通过改变构件形状或是位置可以对设计形状进行调整。但是对应的也存在着致命的缺陷，制作模型的过程是非常困难的，需要耗费大量的时间和人力，对于球场膜结构的承载能力也没有办法准确的分析。

二是力密度法。力密度法是根据球场膜结构的几何拓扑关系、边界条件、力密度值来进行结构找形，计算结点的坐标。通过这种方法来进行找形分析速度较快，不依赖结点初始坐标，而且避免了结构非线性收敛的问题。但是力密度法忽略了结构大变形的影响，所求的的结构初始形态存在一定的误差。而且该方法对于力密度值的设定比较依赖，需要进行多次试算，找到恰当的力密度值才能求解出比较准确的结果，因此单纯的力密度法并不是球场膜结构找形分析的合适方法。

三是动力松弛法。动力松弛法是一种用动力学方法来求解静力学问题的方法，通过将球场膜结构离散为众多单元和结点，分析由于初始应力分布导致的结构中的不平衡力作用下结构产生的运动。通过动力松弛法来求解平衡状态不需要形成结构的总刚度矩阵，因此在计算中所占用的内存较少，计算效率较高，可以有效的处理单元松弛、褶皱以及各种不同的边界条件。而且动力松弛法可以从球场膜结构任意的初始形状开始计算，对初始形状的准确度没有依赖。然而动力松弛法的计算稳定性和收敛性速度受到了众多因素的影响，比如初始曲面的设定、阻尼的大小等，参数的确定非常的经验化。

四是非线性有限元法。非线性有限元法是目前球场膜结构找形中被更多使用的一种方法，它具有精确度高的优点。而且利用各种有限元分析软件，进行简单的二次开发就可以实现非线性有限元法的找形分析。然而其也存在自己的一些缺点，比如网格在计算后容易出现畸变，求解收敛的速度也比较慢。