风驱雨荷载作用下鞍形膜结构动力响应及可靠度研究

通过有限元数值模拟和风洞试验对鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应及其结构可靠度进行研究。采用Workbench软件中的Mechanical APDL模块与Fluent模块建立鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的模型,将该模型导入ANSYS AUTODYN软件中求解得到动力响应曲线。基于气弹相似理论制作了试验模型,并对试验模型进行风驱雨动力加载试验,从而得到其膜面不同特征点在不同工况下的动力响应数据。通过蒙特卡洛法对数值模拟和试验的动力响应数据进行求解,得到鞍形膜结构的可靠指标。此外,讨论了风雨荷载组合、预张力和矢跨比对鞍形膜结构动力响应与可靠度的影响。将试验与数值模拟进行对比分析,数值模拟结果与试验结果较为吻合。研究发现:风驱雨荷载会使膜结构产生显著的非线性振动,通过增大鞍形膜结构的预张力和矢跨比可有效减小振动响应;在不同参数之间,矢跨比对膜结构可靠度的影响更为显著。论文的研究方法和结果可以为膜结构非线性动力响应研究和基于可靠度理论的膜结构设计提供参考。

鞍形膜结构在冲击载荷作用下的振动特性

以鞍形膜结构为研究对象,研究了冲击载荷作用下鞍形膜结构的振动问题。首先推导了冲击载荷作用下的结构振动非线性微分方程,该方程中考虑了膜材的正交异性,空气阻尼以及膜材变形的几何非线性。然后假设一小球以某确定的冲击速度差冲击膜面,模拟冲击荷载。最后利用随机摄动法求解方程,得到鞍形膜结构振动响应的位移函数,通过该函数分别对膜面预张力、拱跨比以及小球速度差进行参数分析。同时,对鞍形膜结构的振动进行数值模拟,并与解析理论作对比分析。结果表明鞍形膜结构振动位移会随着膜面预张力或拱跨比的增大而减小,同时也会随着速度差的增大而增大。由此可知该理论模型研究鞍形膜结构在冲击载荷作用下的振动特性是可行的,得到的结果能够准确地预测膜结构响应规律。

多跨鞍形膜结构风荷载的数值模拟研究

多跨鞍形膜结构是工程中常用的一种大跨空间结构形式,风荷载是其结构设计的控制性因素.采用CFD数值模拟方法研究其平均风荷载特性,分析膜面初始预张力、来流风向角和矢跨比对多跨鞍形膜结构表面的风压分布特性的影响规律.结果表明:膜面初始预张力的大小主要影响膜面所受正风压区域的大小,膜面初始预张力越大,受正压区域越大.来流风向角会改变膜面正负极值风压的分布,正负极值一般出现在与风向角垂直的边缘处.不同的矢跨比会产生不同大小的膜面风压系数,但是从总体上看风压的分布形式是相同的.

索长误差对鞍形膜结构初始形态的影响分析

针对索长误差会造成膜结构的初始形态产生误差这一问题,基于非线性有限元法,通过对索施加温度作用模拟索长的制作误差,研究了索长制作误差对鞍形膜结构初始形态的影响特性和影响敏感度,其中初始形态包括初始几何形状、膜面初始预应力、索初始预拉力及初始支座反力.并进一步分析了结构参数,如跨度、高跨比、索膜预张力密度比对研究结果的影响.分析得到如下结论:索偏短时,索长误差对初始几何形状、初始膜面应力、初始索力及初始支座反力的影响均成线性关系,也就是影响敏感度为1;索偏长相对较小时,结构各项初始误差仍与索长误差呈线性关系,而索偏长相对较大时,索长误差对结构初始形态的影响表现出了非线性.当结构取不同跨度、矢跨比和索膜预张力比时,仍具有上述规律.本文结论可以为进一步完善膜结构技术规程中的相关规定提供基础材料和依据.