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【6h】

圆形薄膜结构在冲击荷载作用下的动力响应研究

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薄膜结构是大跨空间结构中非常具有发展前景的一种结构形式,同时薄膜结构又是一种大跨轻柔结构,其质量很轻,形态丰富多彩,造价相对低廉,施工速度快,抗震性能好,是近年来应用非常广泛的一种建筑结构体系。薄膜结构又由于跨度比较大、自身刚度较小和自振频率也相对较小,所以薄膜结构在除自重以外的荷载作用下很可能出现较大横向位移,有时甚至会导致工程事故。薄膜结构在冲击荷载作用下的非线性动力响应问题是非常具有研究价值的课题,因为这类动力响应问题涉及的内容相当复杂,不仅包含较强的几何非线性和材料非线性,而且还有耦合非线性与时间效应问题。这就使得研究这类动力响应问题并且掌握其动力响应规律,用来防止和减少薄膜结构的工程事故,具有重要的研究意义。
　　本文主要是研究极正交异性和各向同性圆形薄膜在冲击荷载作用下的动力响应问题。首先在薄膜大挠度理论下,利用虚位移原理分别建立了圆形薄膜在给定初始位移条件下的自由振动和在冲击荷载作用下的受迫振动的控制方程,采用L-P摄动法求解振动控制方程得到了圆形薄膜自由振动和受迫振动的振动频率和振动位移表达式。然后使用ANSYS/LS-DYNA对各向同性圆形薄膜结构在冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,得到了圆形薄膜受冲击点的振动位移的时程曲线,并且分析了圆形薄膜的半径、密度、预张力、施加冲击荷载小球的速度和质量不同时对其动力响应的影响规律,同时把理论公式计算结果与数值模拟所得结果相互对比,验证了理论推导的正确性。

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