充气拱结构的试验研究与稳定性分析

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充气拱结构是由早期的帐篷发展演化而来,是目前备受关注的一种现代空间结构形式,其最显著的特点具有重量轻、包装运输体积小、架设和拆撤收迅速、无障碍和空间利用率高、机动性好以及超载破坏时不会对储存物质或者人员造成伤害等优点,因而是现代化军事后勤装备的理想结构形式,同时在诸如民用和航天等领域也有着广泛的应用。稳定性分析是充气拱结构在分析、设计中的关键技术之一,本文主要研究充气拱结构的稳定性能。本文首先对充气帐篷所采用的织物膜材进行了材性试验研究,获得了织物膜材的力学性能指标;并在此基础上对支撑充气帐篷的骨架—充气拱结构进行了足尺正位试验,通过对荷载—位移曲线的跟踪分析,研究了充气拱结构的受力性能及稳定性,获得了结构的褶皱荷载以及极限承载力。本文基于非线性有限元理论,对充气拱结构进行了理论分析,并运用ANSYS软件对充气拱结构进行了非线性有限元分析,研究了充气拱结构的稳定性能及其稳定承载力;通过试验结果与理论计算结果的对比分析,揭示了充气拱结构的受力性能、破坏机理、薄弱位置、失稳形态以及失稳传播过程,并在有限元分析的基础上,通过参数分析,研究了肋径、气压对充气拱结构的影响。在此基础上,建立了充气拱结构稳定承载力的设计实用计算公式。
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