Computer Aided Design of Cable Membrane Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Independent Pub Group

作者:Ivanyi, P.

出品人:

页数:233

译者:

出版时间:

价格:$ 197.75

装帧:HRD

isbn号码:9781874672111

丛书系列:

图书标签:

• Cable membrane structures
• CAD
• Structural engineering
• Finite element analysis
• Form finding
• Architecture
• Design
• Engineering
• Tensile structures
• Computational design

结构工程的革新：预应力与复杂几何形体研究 图书简介 本书深入探讨了现代结构工程领域中，预应力结构与复杂几何形体（如双曲面、扭转曲面）的理论基础、分析方法及其在工程实践中的应用。全书聚焦于如何通过精妙的荷载平衡与材料张力控制，实现结构形式的轻盈、跨越的宏大以及使用寿命的持久性，特别关注非线性几何效应、材料本构关系以及先进数值模拟技术在这些挑战性结构中的集成应用。 --- 第一部分：预应力结构基础与理论深化 本部分旨在为读者构建坚实的预应力结构理论框架，超越传统的静力平衡概念，深入探究预应力力场的动态影响及其在提升结构性能中的核心作用。 第一章：预应力力的本质与应力轨迹控制 本章首先界定了预应力在结构体系中的功能，不仅是抵消永久荷载，更是主动塑造结构内部应力场的关键手段。我们详细分析了力法与位移法在预应力结构分析中的结合应用。重点内容包括：索结构中力的传递路径分析、张拉过程的应力松弛与蠕变效应的量化模型。 我们引入了“零应力线”（Line of Thrust/Catenary Line）的概念，并将其扩展到三维复杂曲面结构中。讨论了如何通过优化预应力布置，使结构在工作荷载下尽可能保持在弹性范围内，从而实现结构的“自平衡”（Self-Equilibrating）状态。 第二章：预应力构件的材料科学与耐久性 预应力结构的性能高度依赖于所用材料的性能。本章侧重于高强度钢材、超高强度混凝土（UHPC）以及新型纤维增强复合材料（FRP）在预应力体系中的应用。 深入剖析了钢绞线在长期拉伸荷载下的应力松弛机理及其对结构刚度的影响。针对混凝土结构，详细阐述了预应力损失的计算模型，包括弹性缩短、收缩、徐变以及温度影响的累积效应。此外，探讨了在海洋环境、腐蚀性介质中，如何通过优化防护层设计和采用无粘结预应力系统，确保结构的长期耐久性和抗疲劳性能。 第三章：稳定性与二次效应分析 预应力结构通常具有较高的柔度和较低的初始刚度，因此对稳定性的关注至关重要。本章聚焦于结构的二阶效应（P-Δ效应）和屈曲分析。 我们详细介绍了在考虑预应力作用下，悬索结构、拱结构以及拉膜结构的临界屈曲载荷的确定方法。讨论了几何非线性分析（Large Deformation Theory）在评估高跨比结构中的必要性，特别是如何利用迭代法（如牛顿-拉夫森法）求解高度耦合的平衡方程组。 --- 第二部分：复杂几何形体结构的建模与分析 本部分将理论分析转向对具有内在曲率和扭转的复杂结构进行精确建模和荷载响应评估。 第四章：曲面结构的基本几何描述与曲率分析 复杂结构形态的精确定义是分析的前提。本章引入了微分几何的基本概念，用于描述结构表面的形状。 我们详细解释了高斯曲率（Gaussian Curvature）、平均曲率（Mean Curvature）以及主曲率方向在结构受力分析中的意义。讨论了如何利用参数化方程和曲面展开理论来描述双曲抛物面、鞍形曲面（如采光顶、网壳基础形式）的几何特征。重点关注曲率变化如何影响应力流动的分布，以及如何通过优化曲率布局实现对外部荷载的均匀分散。 第五章：张拉膜结构（Tensile Fabric Structures）的形态找形与动力学 膜结构是实现大跨度、轻量化和空间美学表达的典范。本部分将形态优化视为结构设计的第一步。 形态找形（Form-Finding）是核心内容，我们系统介绍了力平衡法（Force-Based Method）和势能最小化法（Energy Minimization）在寻找稳定平衡形状中的应用。详细对比了动态松弛法（Dynamic Relaxation）在求解复杂预应力膜结构静力平衡形态时的效率和收敛性。此外，深入分析了膜结构在风荷载（涡旋脱落、脉动风压）下的风致振动响应，以及如何通过设置预应力边界和阻尼系统来控制结构的动态行为。 第六章：空间网壳与网格结构的离散化分析 空间网壳结构（如Geodesic Domes, Grid Shells）依赖于节点和杆件之间的协同工作。本章侧重于如何将连续曲面转化为可计算的离散化模型。 讨论了有限元方法（FEM）在网壳分析中的应用，特别是壳单元（Shell Element）与梁单元（Beam Element）的选择与组合。重点分析了在非线性分析中，节点连接刚度（刚性连接、半刚性铰接）对整体结构刚度和荷载分配的影响。此外，阐述了如何利用拓扑优化原理对网格的节点位置和杆件密度进行优化设计，以达到材料效率的最优化。 --- 第三部分：设计优化、施工控制与先进计算方法 本部分将理论和分析结果转化为可操作的工程实践指导，并展望了结构设计的前沿计算技术。 第七章：施工过程中的应力控制与监测技术 预应力结构的最终性能与其施工过程中的精确控制密切相关。本章提供了从张拉到张拉完成的全过程应力管理方案。 详细讨论了分阶段张拉技术的应力计算和控制流程，特别是对于多束、多层预应力系统，如何避免局部过载或张拉力不足。引入了分布式光纤传感（FBG）、应力传感器在实时监测张拉力、应变和位移中的应用，并建立了监测数据与有限元模型反馈修正的闭环控制流程。 第八章：优化设计与参数化设计流程 现代结构设计日益依赖于多目标优化。本章探讨了如何将结构性能（如重量、刚度、成本）作为目标函数，预应力值、几何参数作为设计变量，进行系统优化。 介绍了遗传算法（GA）、模拟退火算法（SA）在结构布局优化中的应用。重点讲解了参数化建模在快速迭代复杂曲面结构设计中的优势，即通过定义少量控制参数来自动生成满足特定几何和力学约束的设计方案。 第九章：计算模型的集成与可视化 本章总结了先进计算工具（如商业有限元软件的高级模块）在处理复杂预应力曲面结构时的集成应用策略。强调了后处理与结果可视化的重要性，如何将抽象的应力云图、位移场、自由度约束有效地转化为工程师可理解的工程信息，辅助决策。讨论了高性能计算（HPC）在加速大型非线性迭代求解中的潜力。 --- 本书特色： 理论与工程的紧密结合： 深入的数学和力学推导与具体的工程案例和施工控制相结合。 聚焦前沿问题： 重点解决预应力松弛、复杂曲面形态找形、风致振动等行业难点。 强调非线性： 系统性分析了几何非线性、材料非线性和接触非线性在这些结构中的处理方法。 本书适合于结构工程、土木工程、建筑物理等专业的高年级本科生、研究生，以及从事大跨度结构、预应力结构、膜结构设计与研究的工程师和科研人员参考。

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