正交異性張拉膜結(jié)構(gòu)非線性氣動(dòng)穩(wěn)定性分析.pdf

1、張拉膜結(jié)構(gòu)是最近幾十年才興起的一種應(yīng)用十分廣泛的具有造型優(yōu)美、覆蓋跨度大、經(jīng)濟(jì)性好和易于建造等優(yōu)點(diǎn)的大跨度柔性空間結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比，張拉膜結(jié)構(gòu)具有自重小、結(jié)構(gòu)跨度大、結(jié)構(gòu)橫向剛度與自振頻率低等特點(diǎn)，這使得其對(duì)風(fēng)荷載的作用非常敏感，極易在結(jié)構(gòu)與流場(chǎng)之間出現(xiàn)耦合現(xiàn)象；當(dāng)風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生較為明顯的自激性振動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。目前，針對(duì)張拉膜結(jié)構(gòu)氣動(dòng)失穩(wěn)破壞的基礎(chǔ)理論研究還較少，理論研究的滯后已影響到了工程實(shí)踐。
　　本文研究了

2、平面與雙曲拋物面兩種結(jié)構(gòu)形式的正交異性張拉膜結(jié)構(gòu)在理想勢(shì)流作用下的非線性氣動(dòng)穩(wěn)定性問(wèn)題?？紤]到結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的幾何非線性，運(yùn)用薄膜大撓度理論和達(dá)朗貝爾原理，建立了張拉薄膜結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)控制方程組；結(jié)合流體力學(xué)勢(shì)流理論和空氣動(dòng)力學(xué)薄翼型理論，根據(jù)流場(chǎng)在結(jié)構(gòu)表面發(fā)生的流固分離情況，分別按對(duì)稱(chēng)翼型和彎度翼型研究了作用于薄膜結(jié)構(gòu)表面的氣動(dòng)力；最后利用Bubnov-Galerkin法將氣動(dòng)耦合控制方程組轉(zhuǎn)化為常系數(shù)二階非線性微分方程并求出其周期解，

3、通過(guò)對(duì)方程周期解的穩(wěn)定性判斷得到了結(jié)構(gòu)的發(fā)散失穩(wěn)臨界風(fēng)速。
　　在考慮膜材幾何非線性和正交異性的情況下，通過(guò)算例分析了張拉薄膜的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸、幾何非線性、正交異性、預(yù)張力、橫、順風(fēng)向各階模態(tài)以及風(fēng)向等因素對(duì)其氣動(dòng)穩(wěn)定性影響。研究表明：合理控制結(jié)構(gòu)尺寸和預(yù)張力能有效提高結(jié)構(gòu)氣動(dòng)穩(wěn)定性；根據(jù)常遇風(fēng)向合理布置膜材經(jīng)、緯向能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)氣動(dòng)穩(wěn)定性，降低失穩(wěn)破壞的機(jī)率；不同跨度比結(jié)構(gòu)在橫、順風(fēng)向情況下其失穩(wěn)方向和失穩(wěn)模態(tài)也不盡相同。最后總