气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响

作     者：王晓峰 付慧杰 杨庆山 WANG Xiao-feng;FU Hui-jie;YANG Qing-shan

作者机构：北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 重庆大学土木工程学院重庆400044 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2023年第40卷第11期

页      面：46-58页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51778041) 

主　　题：充气薄膜管 气-膜耦合作用 有限元分析 动力特性 附加质量 

摘      要：充气薄膜管属于柔性结构,荷载作用下产生的变形,会引起其内压改变,进而导致外围薄膜刚度的变化,对其变形产生重要影响,表现出内充气体压力与外围薄膜变形相互耦合的特点。该文采用有限元方法分析气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响及其随影响因素的变化规律。通过将内充气体看作小扰动线性势流以考虑气-膜耦合作用以及内充气体附加质量的影响;通过建立内充气体的三种等效模型,分别将内充气体作用等效为外围薄膜静力边界条件、考虑内充气体附加质量影响的静力边界条件以及小扰动线性势流体,并将其相应的有限元分析结果进行对比,研究气-膜耦合作用和内充气体附加质量对充气薄膜管自振特性的影响及其随初始内压、长细比、膜厚以及端部约束类型的变化规律。研究结果表明:气-膜耦合作用以及内充气体的附加质量对低阶自振模态没有明显影响;气-膜耦合作用对自振频率有较显著的影响作用,而内充气体附加质量的影响则较小;随初始内压和长细比的增加,气-膜耦合作用对频率的影响体现出因阶次不同而不同的变化规律;气-膜耦合作用对频率的影响随膜厚的增加而降低,随约束程度的减弱而增强。该文的研究成果揭示了气-膜耦合作用对充气薄膜管自振特性的影响规律,有助于深入认识充气薄膜管的动力行为,确保其设计计算的合理性和可靠性。