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薄膜結構顫振失穩(wěn)的臨界風速

時期:2024-05-24 09:50:33 點擊數(shù):0

薄膜結構顫振失穩(wěn)的臨界風速是指薄膜結構在風荷載作用下,發(fā)生顫振失穩(wěn)現(xiàn)象時的風速閾值。這個臨界風速的確定需要考慮多種因素,包括薄膜結構的材料特性、幾何尺寸、形狀、預張力以及風向等。


確定薄膜結構顫振失穩(wěn)臨界風速的一種常用方法是利用穩(wěn)定性理論進行分析。首先,需要建立薄膜結構的平衡方程,并確定作用于薄膜表面上的氣動力。這可以通過流體力學中的勢流理論來實現(xiàn),假設來流為均勻的理想勢流,利用勢流理論確定薄膜結構上的氣動力。然后,將氣動力與薄膜結構的動力方程相結合,得到風與薄膜結構的氣動耦合作用方程。接下來,采用數(shù)值方法(如Bubnov-Galerkin法)將復雜的耦合作用方程轉換為一組具有常系數(shù)的二階微分方程。最后,利用穩(wěn)定性準則(如Routh-Hurwitz穩(wěn)定性準則)來確定薄膜結構的顫振失穩(wěn)臨界風速。


當氣流場遇到鈍體結構阻礙時, 將在結構物的前沿發(fā)生分離, 使屋面上形成負壓區(qū), 在此負壓區(qū)內貼近屋面處形成一系列小的渦旋, 構成渦旋面(vo rtex sheets)。渦旋面在沿屋面旋轉流動過程中除對屋面產生法向作用外還將對屋面產生切向作用, 同時屋面的反應也影響著渦旋面的形成和形式。由于渦旋面與屋面間的耦合(剪切) 作用力與風速及屋面的速度反應有關, 故稱這種耦合作用為空氣動力阻尼??諝鈩恿ψ枘岬闹挡⒉淮? 對于位移、速度反應均較小的重屋面結構其影響可忽略不計, 但對承受張力的輕質薄膜屋面具有舉足輕重的影響, 這是因為對于結構的每個變形模態(tài), 渦旋面引起的空氣動力阻尼會隨著風速的增加由大變小、由正變負。當空氣動力阻尼變?yōu)樨撝禃r, 其與結構的物理阻尼之和將減小, 結構反應的幅值會急劇增大; 隨著阻尼的繼續(xù)減小, 當兩者之和也變?yōu)樨撝禃r則會發(fā)生發(fā)散性失穩(wěn), 并稱之為顫振失穩(wěn)(panel flu tter)。


此外,薄膜結構的顫振失穩(wěn)臨界風速還受到其他因素的影響。例如,結構的模態(tài)特性、預張力和矢跨比對臨界風速具有重要影響。當結構平面幾何尺寸確定后,預張力和矢跨比對臨界風速起控制作用,其中矢跨比的影響較大,是薄膜結構抗風設計的主要控制參數(shù)。同時,風向對臨界風速也有影響,風向沿結構的短向時得到的臨界風速值比風向沿結構的長向時得到的低。


總之,薄膜結構顫振失穩(wěn)的臨界風速是一個復雜的問題,需要綜合考慮多種因素進行分析和確定。


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