膜结构有限元分析中的平面单元与曲面单元的比较

在对膜结构进行有限元模拟时，通常采用两种面单元形式——平面常应变三角形单元和六结点曲面三角形等参元，究竟哪一种单元形式更优一直是存在争议的问题。首先就这两种单元的有限元格式进行探讨，比较了它们在位移模式、几何方程及刚度矩阵等方面的力学本质差异；然后，通过一些典型算例，比较了它们在计算精度和计算效率等方面的优劣。分析结果表明：在有限元格式方面，曲面三角形等参元较之平面常应变三角形单元更为完备，更加符合结构的实际受力特征；在计算精度和计算效率方面，曲面三角形等参元也要优于平面常应变三角形单元；因此，从结构精细化分析的角度来看，宜采用曲面三角形等参元来进行膜结构有限元分析。