充气膜结构的有限分析与索膜单元的选择

　　一、充气膜结构的有限元分析：

　　有限单元法在近几年得到迅速发展，逐渐趋于成熟，并因其理论基础坚实、通用性与实用性较强等显明优点，被大家认为有效的数值方法。目前，它已成为科学探索、工程研究不能缺少的工具之一。当前市面上的大型通用的有限元分析软件较多，如 ANSYS、ADNA、 NASTRAN、MARC、ABAQUS、 ADAMS、SAP等，基本上都可以用于非线性分析，计算精度也能良好的满足科学研究和工程设计的需要。其中 ANSYS软件是融结构、流体、电磁场声场与热场分析于一体大型的通用有限元分析软件，可广泛应用土木、地质、材料、矿业、机械、水利等工程的分析和科学研究。本文就是运用 ANSYS软件对圆筒状充气膜结构在风载、雪载作用下进行受力模拟分析。

　　二、索、膜单元的选择

　　ANSYS具有许多单元类型，而每种类型又具有较多的单元，不同的单元类型具有不同的节点数、自由度及特性，可模拟各材料和各结构。在较多的单元类型中，选择合理的单元类型对结构进行模拟显得相当重要，它是保证计算结果合理的前提，乃至是计算结果正确与否的关键。

　　ANSYS单元中没有专项规定膜单元，而只是对专茂模拟“薄壁结构”的一类单元(壳单元)进行了详细的规定。充气膜结构中膜单元可以认为是一种特定的薄壳结构，不能承受压力、弯矩的作用，只能承受拉力。因此，可以使用壳单元对膜结构进行模拟。壳单元中的 Shell663、Shel14 Shell181单元均可以实现模拟膜。

　　通常情况下，充气式膜结构采用的膜材厚度是不变的即模型中的单元厚度不变，因此在设置时只要输入膜材的厚度值TK(I。充气膜结构不可避免的会承受压力荷载，所承受的压力荷载可以按单元各面上的面荷载输入，压力荷载转化为单元等效荷载施加在节点上。 KEYOPT(1)用于控制单元的拉压行为，缺省时单元能承受拉或压应力，当 KEYOPT(1)=2时单元只承受拉应力不能承受压应力，受压时将导致单元发生“褶皱”。节点位置的出单元平面或舍入误差都会引起位移的不稳定，为削弱其影响，通常可采用实常数EFS为单元增加个微小的法向刚度。