ANSYS 张拉索－膜结构找形分析技术 一．前言 索膜结构是应用非常广泛的一种结构形式，由于索膜在无应力情况下没有刚度，不具有承载力和一定的形状，所以必须施加适当的预应力来使其产生足够的刚度并确定性状。 其设计中主要涉及到三个关键环节：找形、载荷分析、裁剪分析。 找形也叫形态分析，指的是给定预应力分布以及控制点(即约束点，通常为实际的支座点)坐标，通过适当的方法确定该预应力分布下索膜结构的平衡形态。 载荷分析是用来分析预应力索膜结构在外载荷作用下的应力、位移，确定其承载能力，以验证结构是否具有足够的刚度（此刚度为预应力刚度）以及在外载荷作用下是否会出现皱褶。 裁剪分析是将通过找形荷载荷分析确定的膜面（通常为不可展曲面）预应力释放，并根据几何拓扑理论进行适当的剖分，然后将剖开的膜片展开为平面，作为施工下料的依据，以保证施工安装后的膜面形状与分析得到的形状相吻合。 裁剪分析涉及到几何拓扑理论，单纯用有限元分析工具解决有一定困难，需要综合有限元工具以及其它一些特殊的技术来解决，需要有限元以外的专门研究与开发，所以本文不准备讨论 ANSYS 在这方面的应用。 载荷分析是一个预应力索膜结构的典型有限元分析，对于ANSYS 没有任何困难，只要在给预应力作为初应力施加于相应单元，同时打开大变形效应，施加其它载荷，ANSYS 就会考虑预应力的预应力刚度进行计算得到相应的结果。所以没有任何困难，本文也将不去讨论。 找形是载荷分析和裁剪分析的基础，是索膜设计的出发点，也是一个难点，需要找到给定预应力分布下的平衡形态，因为预先并不知道该形态，在初设形态下预应力一般不能平衡，需要通过适当的方法进行迭代计算来确定能够使预应力分布平衡的位移形态。本文将探讨这种计算方法，并给出 ANSYS 解决方案以及相应的验证算例。 二．ANSYS 的找形方法 1．单元类型 采用SHELL181 和LINK180。其原因如下分析。 ANSYS 提供了膜单元（SHELL41）以及其它的壳单元（SHELL181、SHELL63 等），膜单元考虑了膜的性质，不抗弯、不抗压。但 SHELL41 单元不能直接指定初应力，而在找形分析中初应力需要用来模拟预应力，是必不可少的，虽然可以通过温度应力来达到预应力的目的但在给定预应力的前提下很难确定什么样的温度分布可以产生相应的预应力，所以也不实用。 SHELL181 单元是一个壳单元，可以用于薄壳到厚壳结构，其单元公式中包含了抗弯刚度和抗压刚度。但我们可以通过...
