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索网络增强充气拱结构的屈曲行为分析

薛智明  
【摘要】:充气膜承力结构由于其轻质、高承载效率、可充气展开及可重复使用等诸多优点,被广泛应用于航天、地面建筑等领域。充气拱结构是空间充气支撑结构的典型应用,结构的承载效率及承载性能是其应用的关键,结构易失稳是其应用的主要制约因素之一。为此分析充气拱结构的屈曲特性,开展提升结构抗屈曲能力及整体结构刚度的研究具有重要的科学意义和应用价值。首先,围绕充气拱结构的屈曲特性展开分析,基于Timoshenko梁理论,利用Lagrangian格式表述的虚功方程推导了虚拟梁模型;基于Власов假定推导了空间任意曲梁的几何关系,推导中舍弃了kirchhoff假设。采用虚拟梁模型结合曲梁模型分析了充气拱的屈曲特性,并与充气拱屈曲理论计算结果对比,结果表明,虚拟曲梁模型可以精确预报充气薄膜拱结构的线性屈曲性能。然后,结合先进复合材料格栅的理念提出了网格增强结构概念,研究了充气拱结构整体刚度及抗屈曲能力。实验测试了网格增强薄膜的力学性能,并对比验证了仿真结果。分析了充气压力对网格增强充气管的等效拉压、弯曲、扭转刚度的影响。采用虚拟曲梁模型分析了网格增强拱结构的面内外屈曲特性。最后,开展了索系约束下网格增强拱结构的承载性能研究,讨论了面内外初始缺陷和索系布局对结构承力性能的影响,给出了索系布局和初始缺陷对结构承力性能的影响规律。


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