基于数值模拟法的张力膜结构风振响应分析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、风敏感等特点,利用非线性随机振动理论,采用数字模拟法在时域对张力膜结构进行了风激动力响应分析．利用线性自回归过滤器,引入适当的三维空间相关性公式,根据脉动风的特性产生时域内的样本函数,然后根据样本函数利用有限元法在时域内求解运动微分方程得到张力膜结构的风激动力响应,最后由响应值求得结构振动的位移、速度、加速度的均值和均方差等统计信息．从中获取张力膜结构的风激动力响应特性,并给出风激动力响应与结构参数的关系,为继续开展张力膜结构的研究工作提供一些有益的参考．     

张力膜结构非线性风振响应浅析

针对张力膜结构这种柔性结构非线性程度高、质量轻、刚度弱、对风敏感的特点 ,利用随机振动理论 ,采用数字模拟法对膜结构风偏振响应这一难点问题做一定研究分析 ,为进一步的深入研究打下良好的基础     

考虑流固耦合效应世博轴索膜结构风振研究

采用松耦合方法对索膜结构的风致振动问题进行研究,提出了基于三角形重心坐标系的网格变形插值新方法,并从计算精度和工程适用性的角度对一致网格和非一致网格进行了比较,提出了有效提高计算效率的实用方法。在上述研究的基础上,对上海世博轴索膜结构的风致流固耦合问题进行了数值分析,计算结果表明:流固耦合作用将明显改变索膜结构的动力特性,在索膜结构的风振计算中不容忽视。流固耦合在世博轴索膜结构的风振响应中主要表现在静态耦合作用的增大和瞬态耦合的削弱,且前者的作用超过后者。流固耦合基本不影响大尺度涡对结构的作用。     

膜结构风振响应中的流固耦合效应研究进展

对膜结构风振响应中的流固耦合效应进行了探讨,介绍了解决该问题的两种思路:简化气弹模型方法和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法。简化气弹模型方法是先将流固耦合效应用附加质量和气动阻尼的形式来表达,再通过某些近似解析理论和气弹模型风洞试验来确定附加质量和气动阻尼的大小。计算流体力学数值模拟方法则是将计算流体力学技术和计算结构力学技术整合在一个有限元程序中,通过数值模拟得到结构流固耦合响应的全过程信息。基于这两种方法,开展了相应的理论推导、风洞试验和数值模拟工作,获得了关于风与膜结构相互作用机理的一些初步认识。最后提出了一种具有操作性的简化数值分析方法并给出了算例。研究结果表明:流固耦合效应对结构风振响应的影响在多数情况下是有利的,即考虑流固耦合效应的风振响应分析结果要比不考虑流固耦合时小30%左右,但也不排除在某些特殊情况下因出现气弹失稳而导致结构异常破坏的可能性。     

张力膜结构形状优化

张力膜结构是膜结构中的一类,它体现了现今结构选型的趋势－杂交体系,具有很好的发展前景。张力膜结构形状的确定,是结构分析的前提,是决定工程造价的重要因素。本文在张力膜结构有限元分析的基础上,建立了张力膜结构形状优化模型;介绍了其几何模型,结构分析方法及采用的无需梯度的复形法;提出了张力膜结构形状优化的求解基本步骤。最后给出了一张力膜结构形状优化实例分析。     

索膜结构风振响应中的气弹耦合效应研究

大跨度张力结构(以索膜结构为代表)的风振性能研究一直是结构风工程领域的热点问题之一,特别是涉及到对风-结构的气弹耦合效应估算时,因其具有较大的理论难度,至今尚未得到较好解决。本文首先对索膜结构风振分析问题的特点和一些主要研究方法进行了评述,然后着重介绍了目前在考虑气弹耦合效应时的索膜结构风振性能研究进展情况,最后对进一步的研究工作提出了展望。研究表明,大跨度张拉结构与风的动力耦合作用与桥梁和高层结构相比并不完全相同,而是具有明显的自身特点,这对于今后的研究方向和研究重点具有重要的指导意义。     

膜结构风振响应的二维数值模拟研究

结合膜结构的风振响应特点,采用流固耦合问题数值计算方法,实现了二维情况下膜结构风场的数值模拟。阐述了膜结构流固耦合计算中的结构域与流体域的网格关系和流固耦合边界的控制条件。选择大涡模拟作为湍流模型,并采用隐式时间积分TR-BDF法对流体域的Navier-Stokes方程进行时间域的离散。对耦合系统的有限元方程组采用Newton-Raphson法进行求解。计算结果表明,湍流模型选择大涡模拟可以较好模拟二维情况下膜结构在流场中的脉动反应。对于一般性的算例,瞬态流场中膜的应力增加较为明显。合理选择膜结构体型可以减小膜结构风振响应的脉动幅度。     

脊谷式张拉膜结构风振特性分析

张拉式膜结构属风敏感体系,对其在脉动风荷载作用下的动力性能进行准确评估一直是该类结构设计中的重要内容．但国内以往在这方面的研究较少,该问题一直没有很好地解决．本采用非线性随机模拟时程分析方法对张拉式膜结构的典型形式之一——脊谷式膜结构的风振响应特性进行系统的参数分析,探讨了来流特性、跨度、高跨比、膜预张力等参数对结构动力性能的影响．在此基础上,本提出了一种针对于张拉膜结构特点的抗风设计方法．     

考虑流固耦合作用的索膜结构开洞与封闭条件下的风压风振模拟

在任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,简称ALE)描述下,引入Menter SST湍流模式和非线性有限元方法,建立了耦合方程迭代求解策略,进而研究考虑流固耦合作用的索膜结构风振响应.数值模拟了结构膜帽开洞和封闭等工况下的伞形索膜结构风致动力响应,揭示和总结出某些规律.     

大跨度骨架式膜结构风振响应分析

介绍了达州体育场大跨度骨架式膜结构工程的抗风设计及风洞试验研究,给出了该结构的平均风压系数参考值。在抗风设计中,运用ANSYS有限元程序,采用体型系数表达的空气动力模型,对结构进行了横向风振响应时程的非线性分析,根据得出的整个风振响应时程曲线,得到该结构产生驰振失稳时的临界风速,通过与设计风速的比较,表明在风荷载作用下,该结构是安全的。     

气承式膜结构风振响应下索膜接触的优化分析

以加有两道交叉拉索的半球形的气承式膜结构作为研究对象,通过改变膜与拉索之间的摩擦系数分别建立该结构的索膜接触和共节点模型,进行找态分析.再利用FLUENT软件进行CFD数值模拟,得到气膜表面风压,根据气膜表面风压分布对气膜进行分区取值,最后利用ANSYS软件分别对接触模型和共节点模型进行风速时程分析,从而得到摩擦接触对...     

膜结构风振分析的数值风洞方法

本在考虑膜结构与风荷载动力耦合作用的基础上，建立了一种适用于大跨度张拉结构风振分析的CFD数值模拟方法．计算采用分区迭代算法，包含流体域、结构域和网格域三个计算模块．流体域采用Taylor—Galerkin有限元法和大涡模拟技术来求解不可压缩粘性流动；结构域的计算采用Update Lagrangian有限元列式和Newmark逐步积分技术，并考虑了几何非线性的影响；网格域采用拟弹性介质法来计算动态网格的更新．算例分析表明，数值风洞方法是求解流固耦合问题的一种有效方法．     

世博轴索膜结构风振响应数值模拟

将风速时程作为数值风洞的入口边界条件,采用非稳态计算方法,获得了世博轴索膜结构的表面风压时程。将该风压时程的统计平均值与采用稳态计算得到的平均风压做比较,验证了前者的准确性。分析结果表明：利用数值风洞非稳态计算获得的阵风系数将比现行《建筑结构荷载规范》中的数据更能反映脉动风的空间分布特性;由于风速模拟和数值风洞分别考虑了风荷载时间和空间的相关性,动力时程分析又包含了结构高阶振型的影响,将非稳态计算得到的风荷载时程直接加载到有限元模型上进行动力时程分析,与采用风振系数的等效静力风荷载方法相比,能较好地反映结构的实际风振情况。     

索膜结构风振响应的神经网络辅助参数分析方法

针对非线性动力时程分析法求解大规模索膜结构风振响应时动力时程分析的次数受到限制而导致一些参数组合下的响应统计值难以预测的问题,引入神经网络,通过少量样本的训练,建立了参数与结构响应间的映射关系。结果表明:提出的神经网络辅助参数分析方法计算效率高、预测精度令人满意,是一种获取足够数据的有效途径;通过该方法可以得到响应统计量及风振系数随平均风速和索、膜预应力变化的规律,为设计风荷载和结构构件极端响应的计算提供了科学依据。     

使用非线性有限元法对张力膜结构找形分析

首先介绍了张力膜结构找形分析的基本原理,然后讨论非线性有限元法中的几种索单元和膜单元力学模型,并建立相应的几何方程、物理方程和平衡方程,最后提出以极小曲面作为找形分析的最终平衡状态。     

拱式膜结构抗风性能分析

介绍膜结构的特性、结构设计及风振研究成果等,并以某文化广场的拱形膜结构为例,研究了最不利风载工况下结构的响应,为同类膜结构的抗风设计提供参考。     

膜结构抗风设计

介绍了膜结构的特性、优点、分类、结构设计,探讨了当前主要的膜结构抗风设计方法、膜结构风振响应的规律,以某文化广场的拱形膜结构为例,研究了最不利风载工况下结构的响应,为同类膜结构的抗风设计提供参考。     

膜结构的基本形态分析

形态学(Morphology)产生于古希腊，Morphology一词是由希腊语morphě(形式)和logos（科学）构成。最初是一门研究人体．动、植物的形式和结构的科学，曾在生物学中得到广泛的应用。对于形式和结构的综合研究使形态学同时涉及到艺术和科学两方面的内容，在漫长的历史发展过程中，通过对其他科学技术的借鉴和自我更新完善，形态学已经成为一门独立的，集     

矩形张拉膜结构预张力的试验研究

采用双轴张拉支架施加薄膜预张力,利用数显式推拉力计测量张力变化,对膜面施加集中冲击荷载,采用非接触式激光位移传感器测得膜面各特征点的位移变化。对比薄膜在不同预张力作用下的振幅、速度、加速度。试验结果表明,薄膜振动的振幅随着预张力的增大而逐渐减小,振幅衰减的速度和加速度随着预张力的增大而增大;但是当预张力增大到一定程度以后,这种变化规律的趋势逐渐减弱,趋于稳定;通过试验得到了该预张力的范围。     

张力膜结构的设计与分析--某商业中心屋顶风雨操场

张力膜在大型体育场馆中的应用越来越多，其优点是支撑结构简单、跨度大、维护管理方便．但设计、施工方面有许多值得研究的地方．本以风雨操场为例，结合动力松弛法找形的快捷和非线形有限元法荷载分析的精确，给出大型张力膜结构设计与分析的方法和流程．总结了膜结构工程设计中找形和荷载分析的内在联系，能给同类工程提供有益的参考．