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气承式充气膜中索与膜接触的研究解析
- 2021-02-04-

  据悉,有学者基于气承式充气膜结构中的拉索与膜面之间的相互作用关系,采用接触问题处理,运用有限元软件 ANSYS中的接触单元进行模拟、计算分析,运用ANSYS中的接触单元定义模型中拉索与膜面的接触关系,通过改变内压、摩擦系数及膜厚,对气承式气膜结构进行分析,得到以下结论:

  1、将气承式气膜结构初始形态下索和膜面的相互作用作为接触问题处理时,从而使得结构刚度增加,加强了结构的整体稳定性。

  2、内压变化对气膜结构的索膜接触分析的影响是很显明的,轴向应力与接触法向应力随内压的增加而增加,增加的幅度比较均匀。初始形态中合理的内压可以使充气膜的拉索及膜面获得比较均匀的预应力。

  3、摩擦系数的增加对滑移量和接触摩擦应力影响很大,对接触法向应力基本没影响,索的轴向应力则在两端和中间受影响比较显明。

  4、增加膜厚时对索轴向应力和接触法向应力的影响是比较显明的,对索滑移量和接触摩擦应力的影响不显明,总体的趋势是都随着膜厚的增加而减。

  5、各计算工况的较小膜面应力均大于零,膜面不会出现褶皱,内压和膜厚对膜面应力的影响较大,摩擦系数对膜面应力的影响较小。

  6、接触模型的膜面较大较小应力差值比共节点模型小,膜面应力的均匀性越好,接触模型比共节点模型越合理。

  该研究还运用典型的球冠模型也实现了气承式充气膜结构拉索与膜面在风载作用下的接触分析。通过改变风向、风速、内压以及拉索与膜面的摩擦系数计算,得到如下结论:

  1、索的施加使得结构刚度增加,加强了结构的整体稳定性,能够良好应对膜结构在风荷载作用下过大变形、膜材撕扯等破坏问题。

  2、风向对拉索与膜面相互作用影响较大,格外是出现越不利风向时,迎风面拉索随膜面下凹变形发生位移导致索应力减低,或者还会出现松弛现象,拉索在迎风面施加对整体结构承受外荷载没有显明功能。

  3、内压的改变对拉索的轴向应力以及拉索与膜面的接触分析的影响是微妙的,合理的内压是工程所需要的。初始形态中合理的内压可以使膜面以及拉索获得合理的预应力,在风荷载的作用下,适当增加内压,利于结构抵御外荷载,不会影响气承式充气膜结构的使用功能。

  4、考虑不同摩擦系数对拉索与膜面接触分析的影响,在工程设计中对膜材选取有重大的参考价值。结合实际工程中所使用的材料及属性,能够越好把握拉索与膜面的相互作用,实现一些方面上的工程优化设计。