膜结构是以建筑膜材为主要受力构件的一种新型张力结构形式。由于膜材本身的抗弯刚度很弱,在外荷载作用下,膜面很容易产生褶皱。褶皱的出现对建筑外观以及结构自身的受力性能都会造成影响。因此正确模拟膜结构的褶皱行为,深入探讨褶皱的形成机理及其发展规律,对于深入研究膜结构的力学特点具有十分重要的意义。目前采用的膜结构褶皱分析方法大多以张力场理论为基础。这些方法的优点是计算简单,并且可以较为准确的判断出褶皱产生的区域;缺点是无法对褶皱的分布形态进行模拟,不能给出褶皱区域的细节信息。由于膜的褶皱在力学上属于薄壳屈曲问题,因此在理论上完全可以采用研究壳体屈曲的方法来研究膜的褶皱问题,而且这样得到的结果应该是精确解。事实上,国外也曾经有学者进行过这方面的探索,只不过由于计算量太大,没有进一步推广。近年来,随着计算机硬件和非线性有限元软件的飞速发展,使我们具备了解决这种复杂力学问题的能力。为此,本文拟借助非线性有限元软件ABAQUS作为计算平台,采用非线性板壳元模拟膜结构的受力过程,探索膜褶皱的发生、发展规律,为进一步揭示膜结构的力学行为奠定基础。首先,本文在参阅大量国内外文献的基础上,系统总结了膜结构褶皱分析的基本理论和研究方法;着重分析了张力场理论和薄壳理论关于褶皱模拟的基本思想、基本方法和它们的优缺点。为下一步采用薄壳理论进行膜结构的褶皱模拟,奠定了理论基础。然后,以商用软件ABAQUS为计算平台,探讨了采用非线性板壳元模拟膜褶皱现象时所涉及的数值技术问题。由于褶皱现象伴随着结构很强烈的局部屈曲,因此如何保证计算的准确性和收敛性就成为数值计算的核心问题。为此,本文对单元类型的选择、计算参数的设置和有效的计算控制技术等问题都进行了深入探讨。通过几个典型算例,证明了本文方法用于褶皱模拟的可行性。最后,对两种典型的膜结构——鞍形和伞形膜结构,在静力作用下的褶皱形成过程进行了模拟,并将模拟结果同张力场理论的计算结果进行对比,加深了对不同褶皱分析方法的认识。此外,还考察了膜结构矢跨比、预张力等参数对褶皱出现规律的影响,得到了一些有益的结论。