弦撑式索拱结构平面内稳定性研究

在全跨荷载作用下,对弦撑式索拱结构进行线性稳定分析,得到前三阶失稳模态。在此基础上对其进行弹塑性稳定分析,对比弦撑式索拱结构与纯拱结构的弹塑性屈曲路径、变形过程、失稳模式、失稳时的应力与变形、初始缺陷敏感性。研究表明弦撑式索拱结构各项性能均明显优于纯拱结构。

大跨度纺锤形气撑式张弦梁找形分析

气撑式张弦结构是一种利用预应力建立初始刚度的新型结构体系,为研究结构在初始预应力作用下位形变化对其力学性能的影响,采用改进的逆迭代法对60 m跨度纺锤形气撑式张弦梁进行找形分析,研究了找形对结构初始态下内力分布和荷载态下极限承载力的影响,对比了该结构与桁架、传统张弦梁的力学性能和经济性.结果表明:找形后初始态上弦位形误差只有矢高的0.67%;经找形结构初始态下内力分布较未经找形结构发生明显改变,且荷载态下竖向承载力降低22.24%;气撑式张弦结构刚度较等跨度桁架和传统张弦梁要低,但用钢量要少34.80%.找形分析可有效控制大跨度气撑式张弦梁初始态位形误差,但对其力学性能影响较大.

气撑式张弦结构中气囊风阻特性仿真与试验

随着植保作业面积和作业次数的增加,无人飞机坠机、炸机的情况时有发生,因此,提高植保无人飞机的安全性能、减少坠机带来的损失,是农业植保无人飞机进一步快速发展的关键技术之一。气撑式张弦结构综合了充气气囊和张弦梁结构的优势,将其作为植保无人机起落架,对无人机意外坠机和降落时起重要缓冲作用。气囊作为气撑式张弦结构的关键部件,其结构形状影响整机风阻特性。采用Ansys仿真与风洞试验相结合的方式,对流线型较好的4种气囊进行风阻特性分析,以优选出抗风性能好的气囊形状。仿真分析结果表明:气流流过时,纺锤型气囊总体速度变化均匀,风向始终与结构贴合,且压力变化平稳。风洞试验结果表明:相同风速下,纺锤型气囊角度偏移量和质心偏移量最小,分别为3.91°和25.8mm,说明纺锤型气囊风阻特性最好,与Ansys仿真分析结论吻合。优选出气撑式张弦结构中气囊的最优形状,为气撑式张弦结构在植保无人机上的应用提供了依据。

索拱结构布索方式研究与静力特性分析

通过研究纯拱在全跨均布荷载作用下的弯矩分配,探讨弦撑式索拱、弦张式索拱、车幅式索拱的布索方式。对比索拱结构与纯拱结构静力特性,包括变形对比,内力对比,拱脚推力对比,索拱结构均在一定程度优于纯拱结构。最后对比索拱结构与纯拱结构的经济性,将拉索用量换算计入用钢量,在相近刚度水平下,索拱结构与纯拱结构相比具有较好的经济性。

气撑式张弦结构静力试验研究及有限元分析

基于气撑式张弦结构的受力特点,设计制作2.5 m跨度的纺锤形气撑式张弦结构模型,研究在跨中两点集中荷载作用下结构变形和内力分布规律,考察内气压对结构受力性能的影响。通过对结构极限状态的分析,研究结构的破坏形态及失效机理。利用ANSYS软件构建了纺锤形气撑式张弦结构精细化有限元模型,实现结构从放样态到充气态再到受荷态的全过程数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:有限元分析与试验结果吻合较好,两种方法获得的结构位移和内力值均比较接近;试验模型在集中荷载达到1.98 kN时达到极限状态,失效模式表现为上弦构件的局部屈曲破坏和气囊端部膜材出现褶皱。