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 膜结构景观中的风工程技术的研究
编辑:山东双天金属制品有限公司   时间:2020-08-10

  膜结构由于自重轻、刚度小,自振频率低,是柔性结构体系,在风荷载作用下易产生较大变形和振动,对风荷载的作用相当敏锐,在风力作用下除产生顺风向和横风向振动外,还可能因结构和风力气动耦合的作用而发生失稳式振动--驰振,在弯扭耦合下又称为颤振。因此,膜结构景观的风振分析显得尤显重要。而膜结构的强几何非线性,使得现有的对线性结构横风向共振分析的方法不适用于膜结构这样的非线性结构。

  在膜结构工程设计之中,风是起决定作用的主要外荷载,研究膜结构在风作用下的动力响应具有重要意义。膜结构和悬索结构虽然都是柔性结构,但膜结构的风振与悬索结构的风振有所不同。膜结构中,膜既是受力构件,又是覆面材料,质轻而薄,局部刚度小,在风作用下,局部膜的速度和加速度响应较大,可能对周围流场产生影响,导致显明的气弹反应和可能的动力失稳现象。研究这一问题在理论上有较大难度,风洞实验往往被认为是主要的研究方法,但缩尺模型之风洞实验也有其局限性,某些相似参数的模拟和某些物理量的准确观测均非易事。膜结构景观的风振性能硏究应进行随机风荷载的计算机模拟及在该随机风荷载下的实用分析方法的研究,即膜结构于各结构参数下的风振系数取值的确定,研究膜结构的制振技术,采用各制振手段,减少结构的风振反应。

  在假设来流为己知的基础上,某文献中发展了一项以风速曲线之人工模拟作为基础的非线性随机振动时域分析方法,在运动方程之中考虑膜结构振动速度对于风压的修正。但这个方法没法考虑因结构振动引发的局部流场之变化,即不能考虑真实的流固耦合作用。风的作用及膜和空气的互相作用,是影响膜结构性能的主要因素。但是,目前对于膜结构的风振分析还很不充分。

  膜结构景观形体复杂,其周围流场变化多端,边界层分离后的尾端形成机理也与普通结构有较大不同,一些关键参数无法通过理论分析或类比已有经验结果得到。因此,关于风的研究除了进行重要的风洞实验之外,采用流体力学的研究方法,开发膜结构的风工程数值模拟技术,对于准确描述结构响应、流场变化及可能的气弹失稳是较为可行的方法。

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