弯曲成形网壳结构的成形方式极为特殊,其初始形态为由剪式铰节点连接的双向通长平面网格,通过对平面网格的弯曲实现结构曲面造型。成形过程中,由于剪式铰节点释放平面内转动自由度,因此结构可通过四边形网格角度的变化来适应自身形态的变化。成形后,通过锁死剪式铰节点(即约束平面内转动自由度)等方式引入结构剪切刚度。弯曲成形网壳结构的应用可追溯至上世纪六十年代,但由于找形复杂、施工困难等因素,全球仅有约十座建筑采用了该结构形式。二十一世纪以来,随着计算技术、施工技术和材料技术的发展,弯曲成形网壳结构重新获得了学术界与工程界的关注并得到了新的工程应用。为进一步推动弯曲成形网壳结构的发展与应用,亟需发展集找形、力学分析与设计等功能于一体的专业软件。此类软件的核心为其计算模块,该模块负责模拟弯曲成形网壳作为机构的成形行为及成形后作为结构的力学行为。本文基于向量式有限元法编制了上述计算模块。向量式有限元法将连续体系离散为一系列空间质点,基于牛顿第二运动定理,通过追踪空间质点的运动轨迹求解体系平衡,对解决弯曲成形网壳找形及其从机构转变为结构这类大变形、不连续问题具有天然优势。本文主要工作内容包括:(1)介绍了向量式有限元法的基本理论,推导了空间梁单元和空间剪式铰节点(包括自由、半刚性、锁死三种状态)的向量式有限元描述;(2)在此基础上,编制计算程序,实现了弯曲成形网壳成形、引入剪切刚度及成形后结构力学行为的全过程数值模拟;(3)通过空间梁单元、空间剪式铰节点、弯曲成形网壳结构成形等算例,验证了计算程序的正确性;(4)采用碳纤维增强复合材料(CFRP)制作了一个4.62m跨度的弯曲成形网壳模型并进行了加载试验;(5)测量了模型成形及加载后形态,并与程序计算结果进行了对比;结果表明,试验值与模拟值相符,进一步检验了计算程序的正确性。