正交異性張拉膜結(jié)構(gòu)非線性氣動穩(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用十分廣泛的具有造型優(yōu)美、覆蓋跨度大、經(jīng)濟性好和易于建造等優(yōu)點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，這使得其對風荷載的作用非常敏感，極易在結(jié)構(gòu)與流場之間出現(xiàn)耦合現(xiàn)象；當風速達到一定值時，結(jié)構(gòu)可能發(fā)生較為明顯的自激性振動失穩(wěn)現(xiàn)象。目前，針對張拉膜結(jié)構(gòu)氣動失穩(wěn)破壞的基礎理論研究還較少，理論研究的滯后已影響到了工程實踐。
　　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)在理想勢流作用下的非線性氣動穩(wěn)定性問題?？紤]到結(jié)構(gòu)具有較強的幾何非線性，運用薄膜大撓度理論和達朗貝爾原理，建立了張拉薄膜結(jié)構(gòu)非線性振動控制方程組；結(jié)合流體力學勢流理論和空氣動力學薄翼型理論，根據(jù)流場在結(jié)構(gòu)表面發(fā)生的流固分離情況，分別按對稱翼型和彎度翼型研究了作用于薄膜結(jié)構(gòu)表面的氣動力；最后利用Bubnov-Galerkin法將氣動耦合控制方程組轉(zhuǎn)化為常系數(shù)二階非線性微分方程并求出其周期解，

3、通過對方程周期解的穩(wěn)定性判斷得到了結(jié)構(gòu)的發(fā)散失穩(wěn)臨界風速。
　　在考慮膜材幾何非線性和正交異性的情況下，通過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、預張力、橫、順風向各階模態(tài)以及風向等因素對其氣動穩(wěn)定性影響。研究表明：合理控制結(jié)構(gòu)尺寸和預張力能有效提高結(jié)構(gòu)氣動穩(wěn)定性；根據(jù)常遇風向合理布置膜材經(jīng)、緯向能增強結(jié)構(gòu)氣動穩(wěn)定性，降低失穩(wěn)破壞的機率；不同跨度比結(jié)構(gòu)在橫、順風向情況下其失穩(wěn)方向和失穩(wěn)模態(tài)也不盡相同。最后總