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索和膜结构,在外荷载的作用下结构变形明显,而且刚度与变形相关,呈现出很强的几何非线性特征且薄膜质量非常轻,这些特点决定了薄膜结构对风荷载的作用十分敏感,结构的基本动力特性显著。与此同时,国内外关于薄膜结构风致动力响应问题的研究还较少,对于这类结构风致气动力失稳方面的研究更是十分薄弱。因此,深入研究空气气动力影响下的薄膜结构动力分析及其风致气动力稳定性分析,具有十分重要的理论意义和工程应用价值。
本文对薄膜结构非线性有限元的基本原理进行了阐述,推导了按照U.L公式建立的非线性平衡方程,论述了关于非线性方程组求解的几种方法。对于静力分析,分别计算了索膜结构在不同参数下的结构响应,得到了各个参数对结构静力性能的影响,算例分析考察了膜褶皱和索松弛后的结构刚度变化和受力特性并进行参数分析。以随机过程模拟技术中的线性滤波器法为理论基础,利用自回归模型(AR法)模拟了作用在薄膜结构上的风速时程,进而转换为作用于结构上的脉动风荷载时程。通过建立空气与结构的耦合有限元模型,进行了风振响应时程分析。
用本文编制的程序有针对性的进行一些静力、动力计算,验证了理论的合理性与程序的正确性。