本文關(guān)鍵詞：建筑膜結(jié)構(gòu)非線性振動及其預張力測量理論和試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技的進步和社會的發(fā)展，薄膜結(jié)構(gòu)在許多領域，尤其是在建筑工程領域，，得到了廣泛的應用與發(fā)展。建筑膜結(jié)構(gòu)是最近幾十年才興起的一種建筑結(jié)構(gòu)體系，它被廣泛應用于大型體育場館、展覽會場、娛樂場等建筑中。建筑膜結(jié)構(gòu)自重輕、剛度較小，因而對外荷載的作用非常敏感，容易發(fā)生振動，甚至導致工程事故。因此，研究建筑膜結(jié)構(gòu)在暴風雨、冰雹、風卷殘物等作用下的振動特性，把握其一般規(guī)律，對合理地進行建筑膜結(jié)構(gòu)的設計和施工，防止或減少建筑膜結(jié)構(gòu)工程事故等，具有重要意義。另外，將建筑膜結(jié)構(gòu)非線性振動的研究應用于建筑膜結(jié)構(gòu)預張力測量方法的研究中，也具有較大的工程實踐意義；通過所研究的方法測量建筑膜結(jié)構(gòu)的預張力，控制實際張力值與設計值相符合，保證工程質(zhì)量；并適時檢測建筑膜結(jié)構(gòu)在使用過程中的張力值是否變化，以采取有效的措施調(diào)整預張力，防止或減少工程事故。 本論文主要對正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)的大撓度非線性自由振動及其在沖擊荷載作用下的非線性受迫振動進行理論和應用研究。首先采用解析方法研究正交異性矩形膜結(jié)構(gòu)幾何非線性自由和受迫振動問題，求得其近似解析解；然后將理論研究應用于工程實際，提出測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的新方法——“彈射法”，推導出測量的理論公式，并進行數(shù)值分析和試驗研究，驗證“彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的有效性。本文的具體研究內(nèi)容如下： ①運用馮卡門大撓度理論結(jié)合達朗貝爾原理建立正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)無阻尼和有阻尼大撓度非線性自由振動偏微分控制方程組；采用直接積分法和L-P攝動法對無阻尼自由振動控制方程組進行求解，得到其振動頻率和撓度函數(shù)的近似解析解；采用KBM攝動法對有阻尼自由振動控制方程組進行求解，得到其振動頻率和撓度函數(shù)的近似解析解。 ②以正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)大撓度非線性自由振動研究為基礎，建立正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的無阻尼和有阻尼受迫振動控制方程組；采用L-P攝動法對無阻尼受迫振動控制方程進行求解，得到其振動頻率和撓度函數(shù)的近似解析解；采用KBM攝動法對有阻尼受迫振動控制方程進行求解得其振動頻率和撓度函數(shù)的近似解析解；采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件對正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的受迫振動進行數(shù)值分析，并將數(shù)值分析結(jié)果與理論結(jié)果進行對比分析，分析結(jié)果表明理論計算和數(shù)值結(jié)果吻合較好。 ③將正交異性矩形薄膜結(jié)構(gòu)大撓度非線性振動的理論研究應用于建筑膜結(jié)構(gòu)工程實際，提出測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的新方法——“彈射法”，建立測量的理論模型，并按照能量守恒原理推導出測量的理論公式；采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件建立“彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的有限元分析模型，進行數(shù)值分析；將數(shù)值分析結(jié)果與理論結(jié)果進行對比，從數(shù)值分析上佐證了“彈射法”測量建筑張拉膜結(jié)構(gòu)預張力的有效性。 ④根據(jù)“彈射法”的理論研究，制定“彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的試驗方案；按照試驗方案研制了十字形螺桿式雙軸張拉裝置對膜材試件進行張拉；選用建筑工程中常用的三種膜材進行經(jīng)緯等荷和經(jīng)緯不等荷彈射試驗；將獲得的各組試驗數(shù)據(jù)代入測量的理論公式求得膜材的試驗計算預張力，并將試驗計算預張力與膜材實際預張力進行對比分析；分析表明，膜材試驗計算預張力與實際預張力比較吻合，從試驗上驗證了采用“彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的有效性。
【關(guān)鍵詞】：建筑膜結(jié)構(gòu) 攝動法 非線性振動 彈射法 預張力測量
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TU399
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 1 緒論12-34
• 1.1 研究背景12-16
• 1.2 研究意義16-18
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-31
• 1.3.1 薄膜結(jié)構(gòu)動力分析力學基礎的發(fā)展18-19
• 1.3.2 薄膜結(jié)構(gòu)動力分析的基本力學理論19-24
• 1.3.3 薄膜結(jié)構(gòu)振動問題研究現(xiàn)狀24-27
• 1.3.4 建筑膜結(jié)構(gòu)預張力測量研究現(xiàn)狀27-31
• 1.4 目前研究中主要存在的問題31-32
• 1.5 本文主要工作及研究目標和技術(shù)路線32-34
• 1.5.1 主要工作32
• 1.5.2 研究目標32-33
• 1.5.3 技術(shù)路線33-34
• 2 正交異性矩形膜結(jié)構(gòu)非線性自由振動34-64
• 2.1 無阻尼自由振動34-51
• 2.1.1 控制方程34-37
• 2.1.2 邊界條件37
• 2.1.3 振動頻率的級數(shù)解37-42
• 2.1.4 控制方程的 L-P 攝動解42-45
• 2.1.5 算例分析45-51
• 2.2 有阻尼自由振動51-61
• 2.2.1 控制方程和邊界條件51
• 2.2.2 控制方程的 KBM 攝動解51-56
• 2.2.3 算例分析56-61
• 2.3 本章小結(jié)61-64
• 3 正交異性矩形膜結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的受迫振動64-88
• 3.1 無阻尼受迫振動64-76
• 3.1.1 沖擊荷載64-65
• 3.1.2 控制方程和邊界條件65-66
• 3.1.3 控制方程求解66-73
• 3.1.4 算例分析73-76
• 3.2 有阻尼受迫振動76-87
• 3.2.1 控制方程和邊界條件76-77
• 3.2.2 控制方程求解77-81
• 3.2.3 算例分析81-87
• 3.4 本章小結(jié)87-88
• 4 正交異性矩形膜結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下的受迫振動數(shù)值分析88-120
• 4.1 非線性有限元動力分析概述88-91
• 4.1.1 動力分析軟件 ANSYS/LS-DYNA88-89
• 4.1.2 接觸碰撞分析算法89-91
• 4.2 有限元分析模型91-93
• 4.2.1 單元類型與材料模型91-92
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分與預張力的施加92-93
• 4.3 求解過程93-95
• 4.4 數(shù)值與理論結(jié)果對比分析95-99
• 4.4.1 位移時程曲線對比95-98
• 4.4.2 最大位移值對比98-99
• 4.5 參數(shù)影響分析99-118
• 4.5.1 薄膜尺寸的影響99-104
• 4.5.2 薄膜預張力的影響104-108
• 4.5.3 小球入射速度的影響108-111
• 4.5.4 薄膜面密度的影響111-114
• 4.5.5 小球質(zhì)量的影響114-118
• 4.6 本章小結(jié)118-120
• 5 “彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的理論研究120-132
• 5.1 “彈射法”概述120-121
• 5.2 “彈射法”的理論公式121-127
• 5.2.1 公式推導121-123
• 5.2.2 測量區(qū)域邊界尺寸確定123-124
• 5.2.3 小球的選用與其入射速度的確定124-127
• 5.3 測量過程分析127-128
• 5.4 算例分析128-129
• 5.5 理論誤差分析129-130
• 5.6 本章小結(jié)130-132
• 6 “彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的數(shù)值分析132-150
• 6.1 數(shù)值分析方案132-133
• 6.2 數(shù)值分析模型133-136
• 6.2.1 小球入射速度等級133-135
• 6.2.2 膜材預張力等級135
• 6.2.3 單元選取與網(wǎng)格劃分135-136
• 6.2.4 接觸定義和邊界條件136
• 6.3 數(shù)值計算結(jié)果分析136-149
• 6.3.1 能量關(guān)系136-140
• 6.3.2 不同入射速度小球沖擊下膜面的最大位移140-146
• 6.3.3 同一小球入射速度下不同預張力膜面的最大位移146-149
• 6.4 本章小結(jié)149-150
• 7 “彈射法”測量建筑膜結(jié)構(gòu)預張力的試驗研究150-184
• 7.1 膜材試件150-151
• 7.2 試驗儀器與裝置151-156
• 7.2.1 膜材張拉裝置151-154
• 7.2.2 彈射裝置及測速儀154-155
• 7.2.3 拉力計155
• 7.2.4 加速度傳感器155-156
• 7.3 試驗過程156-177
• 7.3.1 標定小球初速度156
• 7.3.2 彈射試驗156-177
• 7.4 試驗結(jié)果處理分析177-182
• 7.4.1 經(jīng)緯等荷試驗177-179
• 7.4.2 經(jīng)緯不等荷載試驗179-181
• 7.4.3 試驗誤差分析及其改進措施181-182
• 7.5 本章小結(jié)182-184
• 8 結(jié)論與展望184-188
• 8.1 主要結(jié)論184-185
• 8.2 主要創(chuàng)新點185-186
• 8.3 后續(xù)工作展望186-188
• 致謝188-190
• 參考文獻190-200
• 附錄200-210
• A：“彈射法”測量公式編程200-208
• B：作者在攻讀博士學位期間發(fā)表的論文目錄208-209
• C：作者在攻讀博士學位期間獲得的專利目錄209-210
• D：作者在攻讀博士學位期間參加的科研項目210
• E：作者在攻讀博士學位期間所獲獎勵210

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 唐光明;;三向張力索網(wǎng)的動力特性研究[J];科技創(chuàng)新與應用;2014年35期

2 朱博;;阻尼振動及受迫振動系統(tǒng)的能量研究[J];科技創(chuàng)新與應用;2015年17期

3 董繼蕾;陳盼;沈火明;;參量對正交異性矩形膜結(jié)構(gòu)非線性振動的影響[J];應用數(shù)學和力學;2014年S1期

  本文關(guān)鍵詞：建筑膜結(jié)構(gòu)非線性振動及其預張力測量理論和試驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：350541