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充氣膜體力學模型及數值方法的研究
- 2020-07-24-

  充氣膜結構應用廣泛,不但用于體育場、商場等民用建筑中,而且在軍事上也有應用,如平流層飛艇平臺可以用來進行高分辨率對地觀測。平流層飛艇平臺的充氣囊體是大體積充氣式膜結構的代表。

  在飛艇囊體這一柔性充氣式膜結構中,柔性結構之艇體由充氣囊體構成,依靠于封閉了一定的壓力氣體構成了充氣剛度。對于大體積柔性飛艇,掌提其在壓差、重力荷載下的變形,對于其結構制造、設備安裝有重大的現實意義。

  文中利用傳統力學理論及商用有限元軟件,對飛艇這一典型充氣膜結枃的變形進行數值計算,對計算結果進行比校分析,探討壓差、重力荷載對于飛艇充氣囊體的變形影響,以便于為平流層飛艇設計制造提供一些參考。

  我們先來了解下充氣式膜結構中充氣體力學模型與數值方法:

  1、充氣囊體的幾何外形:

  文中使用的飛艇平臺囊體的長細比為2.65,外形曲線為非標準三葉玫瑰線的一枝。

  2、邊界處理方法:

  對懸浮于空氣中的飛艇進行有限元靜力分析計算時,不能把飛艇處理為全自由的結構。因此,在進行有限元的靜力分析之時,通常假設結構的計算模型之中沒有機構,且不允許有剛體運動,否則,剛度矩陣奇異,導致求解失敗或者得到不正確的結果。在數值分析中,通??梢圆捎脩T性釋放技術或在適合的點施加約束兩種方法。

  采用慣性釋放的方法較加約束的方法在某些方面越接近于真實的情況,格外是在局部范圍內。但是充氣膜采用慣性釋放技術時,無法計及重力荷載效應的影響。因此,在考慮重力荷載效應時,應采用在適合的點施加約束的方法,如若只考慮壓差影響,則采用慣性釋放越加合理。

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