[發明專利]一種鋼骨架支承式膜結構風致動力響應測量方法及系統

在審

• 申請號: 202210204339.8
• 申請日: 2022-03-02
• 公開（公告）號: CN114608788A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 劉長江;黃偉彬;劉堅;鄭周練;王星;盤榮杰;孫源君;方暑庭
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08;G06F17/13;G06F30/20
• 代理公司: 北京高航知識產權代理有限公司 11530
• 代理人: 劉艷玲

1.一種鋼骨架支承式膜結構風致動力響應測量方法，其特征在于，包括：

S1，根據馮·卡門大撓度理論和達朗貝爾原理，建立鋼骨架支承式膜結構的有阻尼非線性受迫振動的控制方程組；

S2，利用伽遼金法將其轉化為非齊次受迫振動微分方程；

S3，通過安裝在膜結構上的風速計測量風速時程曲線；

S4，運用EMD法將風速時程曲線分解為時變平均風和平穩脈動風，對曲線擬合獲得氣動力荷載的數學表達式；

S5，把鋼骨架支承式膜結構的基本參數和氣動力荷載的數學表達式代入非齊次受迫振動微分方程，運用經典四階Runge-Kutta法進行求解，得到鋼骨架支承式膜結構風致動力響應的數值解。

2.根據權利要求1所述的一種鋼骨架支承式膜結構風致動力響應測量方法，其特征在于，所述S1包括：

根據馮·卡門大撓度理論和達朗貝爾原理得到鋼骨架支承式膜的動態運動方程，式(1)和相容方程，式(2)：

式中，ρ₀表示膜材面密度；c表示粘滯阻尼系數；表示應力函數N_0x和N_0y分別表示x和y方向的預張力；w表示位移函數w(x,y,t)；h表示膜材厚度；E₁和E₂分別為x和y方向的楊氏彈性模量；k_0x表示在x方向的初始主曲率；P_W表示氣動力荷載。

鋼骨架支承式膜結構相應四邊簡支的位移和應力邊界條件分別為：

其中，a和b分別表示x和y方向膜的長度。

將滿足邊界條件式(3)、式(4)的位移函數和應力函數分離如下：

w(x,y,t)＝T_mn(t)·W_mn(x,y) (5)

式中，T_mn(t)是時間的函數；為給定的模態函數；m和n是分別為x和y方向上的正弦半波數，為正整數；令T_mn(t)＝T，令W_mn(x,y)＝W。

所研究的模型為對稱結構，應力函數應為偶函數且滿足應力邊界條件式(4)，由微分方程的基本理論可求得應力函數的一個解答為：

式中，

3.根據權利要求2所述的一種鋼骨架支承式膜結構風致動力響應測量方法，其特征在于，所述S2包括：

將式(5)、式(7)代入式(1)中，并應用伽遼金法轉化為：

4.根據權利要求3所述的一種鋼骨架支承式膜結構風致動力響應測量方法，其特征在于，所述S4包括：

作用在薄膜結構投影面單位面積上的氣動力荷載表達式P_W可表達為：

P_W＝-γ₁T″-γ₂VT′-γ₃V²T-γ₄V² (9)

式中，T'、T”分別表示時間函數的一階導數和二階導數；

其中，ξ和η為氣流沿膜面拱向時的位置坐標；積分區域S∈{0≤ξ≤a,0≤η≤b}；ρ_a為氣體密度；f₂為x軸上的中跨拱；V為實測風速，通過EMD法將實測風速分解為時變平均風v_a和平穩脈動風v_f的疊加，即v_a＝RES和其中IMF_i表示第i個本征模函數，N表示本征模函數的總數，RES表示殘差信號函數，IMF表示本征模函數。