专利汇可以提供一种基于悬链线单元的松弛索网找形方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于 悬链线 单元的松弛索网找形方法,其主要步骤包括:选择索网的材料参数D、几何参数S、拓扑结构、边界 节点 位置 Pfix;设置索网中间自由节点的初始位置Pfree;建立在重 力 作用下的悬链线松弛索网模型;计算索网系统中各索段形态及节点力;对索网各节点合力进行分析;判断任一节点所受合力是否满足要求,如满足,即输出结果;如果不满足,继续设置索网中间自由节点的初始位置Pfree;最后输出索网中间自由节点平衡位置。本发明利用非线性有限元方法实现了对松弛状态索网的找形分析,结果与力 密度 法吻合;并且得到了任一构型松弛索网的 刚度 信息,可进而分析其动态性能或与其它有限单元(杆、梁、板、壳等)联合建模,进行复杂结构的动力学分析。,下面是一种基于悬链线单元的松弛索网找形方法专利的具体信息内容。
1.一种基于悬链线单元的松弛索网找形方法,其特征是:包括如下步骤:
步骤101:给定松弛索网的材料参数D、几何参数S、松弛索网拓扑关系、边界节点位置Pfix;
步骤102:根据边界节点位置Pfix和索段数,通过差分计算,设置索网中间自由节点位置Pfree的初始值;
步骤103:建立在重力作用下的悬链线松弛索网模型;
步骤104:计算索网系统中各索段形态及节点力F′;
步骤105:读取步骤101中给定的松弛索网拓扑关系及步骤104得到的各个索段的节点力F′,将具有相同节点号的节点力进行相加,求得节点合力F合=[Fx Fy Fz]T,其中Fx为x方向的合力,Fy为y方向的合力,Fz为z方向的合力;
步骤106:判断任一自由节点所受合力F合是否满足平衡条件:F合=0,如满足,转到步骤
108;如果不满足,转到步骤107;
步骤107:根据当前结构自由节点所受合力F合和松弛索网的刚度矩阵K计算位移调整量{Δu},更新自由节点位置Pfree,转到步骤103;
步骤108:输出索网中间自由节点平衡位置;
所述的步骤103,包括如下步骤:
步骤201:读取边界节点位置Pfix信息及中间的自由节点位置Pfree信息;
步骤202:根据松弛索网拓扑关系,即各单元号与两个节点号的对应关系,使用一个悬链线单元进行描述;
步骤203:根据松弛索网拓扑关系,将共用节点号的单元相连,建立索网整体有限元分析模型;
所述的步骤104,包括如下步骤:
步骤301:对于任意的悬链线索单元e,得到单元坐标系下水平方向力H,从下面方程,运用牛顿迭代法求解得到:
其中,
式中,A为横截面积,E为弹性模量,q0为自重载荷,L0为索单元原长,l为单元坐标系的水平跨度,h为单元坐标系的垂度;
步骤302:根据所得水平方向力H,求解得到两端点m、n的节点力F′=[F′1 F′2 F′3 F′4 F′5 F′6]T;
式中,F′1、F′2、F′3为m点分别在单元坐标系下x′、y′、z′方向的力,F′4、F′5、F′6为n点分别在单元坐标系下x′、y′、z′方向的力;
步骤303:根据步骤302得到的节点力F′,求得索单元任一点的坐标向量:
式中,s0为索单元沿索方向的长度,且s0≤L0;
步骤304:根据索单元上所有点坐标向量,集成后得到索网中各索段形态;
步骤107中所述的根据当前结构自由节点所受合力F合和松弛索网的刚度矩阵K计算位移调整量{Δu},更新自由节点位置Pfree,具体包括如下步骤:
步骤401:计算松弛索网的刚度矩阵K,该刚度矩 阵是随着形态而不断变化的,可以看作在微小力{ΔF}作用下是线性变化的;
步骤402:{ΔF}的方向与F合的方向一致,{ΔF}取0.1N,字母N代表力的单位牛顿;
步骤403:在微小力{ΔF}作用下,使用公式[K]{Δu}={ΔF}计算得到调整位移{Δu};
步骤404:更新自由节点位置Pfree=Pfree+{Δu}。
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