張拉膜結(jié)構(gòu)的初始找形及風(fēng)致響應(yīng)研究.pdf

1、張拉膜結(jié)構(gòu)是二十世紀(jì)后半期逐漸發(fā)展起來的一種受力合理、造型優(yōu)美的新型結(jié)構(gòu)形式，它突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的傳力方式，利用柔性索或剛性支撐將柔軟的膜面繃緊，從而形成能夠覆蓋大跨度空間的結(jié)構(gòu)體系。盡管近年來膜結(jié)構(gòu)在我國有了很快的發(fā)展，但是我國的研究現(xiàn)狀和技術(shù)水平與世界先進水平存在很大的差距。初始找形和風(fēng)致響應(yīng)仍然是張拉膜結(jié)構(gòu)設(shè)計分析的難點和討論的熱點，本文主要對這兩個問題展開研究。有限元技術(shù)是分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的理想手段。本文首先推導(dǎo)了三節(jié)點三角形膜單元和

2、兩節(jié)點索單元的非線性有限元基本公式。張拉膜結(jié)構(gòu)的剛度由幾何曲面和預(yù)應(yīng)力來提供，尋求平衡狀態(tài)的幾何外形和預(yù)應(yīng)力分布是后續(xù)分析設(shè)計的關(guān)鍵。本文在闡述膜結(jié)構(gòu)初始找形的基本原理和常用方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)力密度法找形理論，用FORTRAN編寫了力密度法實用找形程序FFFD；介紹了支座提升法找形方法，推導(dǎo)了支座提升法找形中用到的“小彈性模量”原理，并歸納了用ANSYS實現(xiàn)支座提升法找形的基本步驟；在對比分析了上述兩種方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出了混合找形

3、法，提高了找形效率。張拉膜結(jié)構(gòu)屬風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，時程法是分析此類結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的較好方法，風(fēng)速度場的數(shù)值模擬是時程法的前提。本文根據(jù)隨機風(fēng)速場的數(shù)值模擬技術(shù)，采用諧波疊加法在MATLAB里編寫了風(fēng)速場數(shù)值模擬程序WIND-VEL。張拉膜結(jié)構(gòu)具有強幾何非線性，分析風(fēng)振響應(yīng)時必須考慮風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用。本文借助ANSYS，利用其中的MATRIX27單元模擬隨時間變化的氣動阻尼，分析張拉膜結(jié)構(gòu)在脈動風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)，避免了繁瑣的編程，為利用通用有