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氣承式充氣膜中索與膜接觸的研究解析
- 2021-02-04-

  據悉,有學者基于氣承式充氣膜結構中的拉索與膜面之間的相互作用關系,采用接觸問題處理,運用有限元軟件 ANSYS中的接觸單元進行模擬、計算分析,運用ANSYS中的接觸單元定義模型中拉索與膜面的接觸關系,通過改變內壓、摩擦系數及膜厚,對氣承式氣膜結構進行分析,得到以下結論:

  1、將氣承式氣膜結構初始形態下索和膜面的相互作用作為接觸問題處理時,從而使得結構剛度增加,加強了結構的整體穩定性。

  2、內壓變化對氣膜結構的索膜接觸分析的影響是很顯明的,軸向應力與接觸法向應力隨內壓的增加而增加,增加的幅度比較均勻。初始形態中合理的內壓可以使充氣膜的拉索及膜面獲得比較均勻的預應力。

  3、摩擦系數的增加對滑移量和接觸摩擦應力影響很大,對接觸法向應力基本沒影響,索的軸向應力則在兩端和中間受影響比較顯明。

  4、增加膜厚時對索軸向應力和接觸法向應力的影響是比較顯明的,對索滑移量和接觸摩擦應力的影響不顯明,總體的趨勢是都隨著膜厚的增加而減。

  5、各計算工況的較小膜面應力均大于零,膜面不會出現褶皺,內壓和膜厚對膜面應力的影響較大,摩擦系數對膜面應力的影響較小。

  6、接觸模型的膜面較大較小應力差值比共節點模型小,膜面應力的均勻性越好,接觸模型比共節點模型越合理。

  該研究還運用典型的球冠模型也實現了氣承式充氣膜結構拉索與膜面在風載作用下的接觸分析。通過改變風向、風速、內壓以及拉索與膜面的摩擦系數計算,得到如下結論:

  1、索的施加使得結構剛度增加,加強了結構的整體穩定性,能夠良好應對膜結構在風荷載作用下過大變形、膜材撕扯等破壞問題。

  2、風向對拉索與膜面相互作用影響較大,格外是出現越不利風向時,迎風面拉索隨膜面下凹變形發生位移導致索應力減低,或者還會出現松弛現象,拉索在迎風面施加對整體結構承受外荷載沒有顯明功能。

  3、內壓的改變對拉索的軸向應力以及拉索與膜面的接觸分析的影響是微妙的,合理的內壓是工程所需要的。初始形態中合理的內壓可以使膜面以及拉索獲得合理的預應力,在風荷載的作用下,適當增加內壓,利于結構抵御外荷載,不會影響氣承式充氣膜結構的使用功能。

  4、考慮不同摩擦系數對拉索與膜面接觸分析的影響,在工程設計中對膜材選取有重大的參考價值。結合實際工程中所使用的材料及屬性,能夠越好把握拉索與膜面的相互作用,實現一些方面上的工程優化設計。

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