張拉膜結構的初始找形及風致響應研究.pdf

1、張拉膜結構是二十世紀后半期逐漸發(fā)展起來的一種受力合理、造型優(yōu)美的新型結構形式，它突破了傳統(tǒng)結構的傳力方式，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構體系。盡管近年來膜結構在我國有了很快的發(fā)展，但是我國的研究現(xiàn)狀和技術水平與世界先進水平存在很大的差距。初始找形和風致響應仍然是張拉膜結構設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。有限元技術是分析復雜結構的理想手段。本文首先推導了三節(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。張拉膜結構的剛度由幾何曲面和預應力來提供，尋求平衡狀態(tài)的幾何外形和預應力分布是后續(xù)分析設計的關鍵。本文在闡述膜結構初始找形的基本原理和常用方法的基礎上，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)缺點的基礎上，提出了混合找形

3、法，提高了找形效率。張拉膜結構屬風敏感結構，時程法是分析此類結構風致響應的較好方法，風速度場的數(shù)值模擬是時程法的前提。本文根據(jù)隨機風速場的數(shù)值模擬技術，采用諧波疊加法在MATLAB里編寫了風速場數(shù)值模擬程序WIND-VEL。張拉膜結構具有強幾何非線性，分析風振響應時必須考慮風與結構的相互作用。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，分析張拉膜結構在脈動風荷載作用下的響應，避免了繁瑣的編程，為利用通用有