考慮褶皺影響的平面張拉薄膜動(dòng)力特性及其風(fēng)振響應(yīng)分析.pdf

1、薄膜結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、易于造型，廣泛應(yīng)用于大跨建筑結(jié)構(gòu)及空間領(lǐng)域的大型展開(kāi)結(jié)構(gòu)。由于薄膜較薄，抗彎剛度很小，薄膜結(jié)構(gòu)容易在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生褶皺，薄膜褶皺不僅會(huì)影響結(jié)構(gòu)的表面精度和穩(wěn)定性，而且將改變結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和面外剛度，從而影響其動(dòng)力特性以及動(dòng)力行為。薄膜產(chǎn)生褶皺后，垂直于褶皺方向的應(yīng)力和剛度幾乎為零，在風(fēng)荷載作用下更易引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞。因此，研究薄膜褶皺后的動(dòng)力特性和風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)具有重要意義。
　　在薄膜褶皺特性的研究方面，已

2、有文獻(xiàn)大多關(guān)注不同邊界條件下褶皺薄膜自振特性的變化規(guī)律，尚未考慮預(yù)應(yīng)力、幾何及材料參數(shù)等的影響。而關(guān)于薄膜風(fēng)振響應(yīng)方面的研究文獻(xiàn)則未考慮薄膜褶皺變形后的情況。實(shí)際上，這些因素會(huì)影響薄膜的應(yīng)力狀態(tài)從而對(duì)其動(dòng)力特性及動(dòng)力行為產(chǎn)生重要影響。
　　本文通過(guò)對(duì)受剪矩形薄膜進(jìn)行有限元分析，研究了預(yù)應(yīng)力、邊界條件、幾何參數(shù)和材料參數(shù)對(duì)其動(dòng)力特性的影響規(guī)律，并采用風(fēng)洞試驗(yàn)得到的風(fēng)荷載時(shí)程，研究了受剪矩形膜褶皺后在不同風(fēng)速、風(fēng)向角、預(yù)應(yīng)力和邊界條件

3、下的風(fēng)振響應(yīng)變化情況，主要研究工作如下:
　　(1)基于板殼穩(wěn)定理論建立了考慮褶皺影響的有限元模型，采用商用有限元軟件ABAQUS對(duì)受剪矩形薄膜和受扭圓環(huán)薄膜進(jìn)行數(shù)值分析，將有限元分析結(jié)果與文獻(xiàn)中相應(yīng)的試驗(yàn)和理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了本文建立的有限元模型的有效性和精確性。
　　(2)采用經(jīng)過(guò)有效性驗(yàn)證的有限元模型，研究了預(yù)應(yīng)力、邊界條件、幾何參數(shù)（薄膜厚度）和材料參數(shù)（彈性模量和泊松比）等對(duì)矩形膜動(dòng)力特性的影響規(guī)律。研究表

4、明:模態(tài)形狀主要應(yīng)力分布狀態(tài)有關(guān)，其變化可以分為無(wú)褶皺、褶皺發(fā)展和褶皺穩(wěn)定三個(gè)階段。預(yù)應(yīng)力、邊界條件對(duì)相似模態(tài)形狀及對(duì)應(yīng)頻率的影響較大，泊松比的影響在不同的剪切位移下規(guī)律性不同，薄膜厚度和彈性模量則主要影響了頻率大小。
　　(3)由風(fēng)洞試驗(yàn)得到的風(fēng)荷載時(shí)程對(duì)矩形膜進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)分析，研究了風(fēng)速、風(fēng)向角、預(yù)應(yīng)力、邊界條件等對(duì)矩形膜褶皺后動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:增大風(fēng)速，結(jié)構(gòu)位移及應(yīng)力會(huì)隨之增大;風(fēng)向角對(duì)結(jié)構(gòu)位移的影響比較復(fù)雜，對(duì)