三维索膜结构气动失稳：临界风速分析

"这篇论文主要探讨了开敞式索膜结构在风荷载作用下的气动失稳临界风速问题，研究了结构的几何非线性影响和曲率对其稳定性的影响。作者通过非稳态Bernoulli方程、环量定理以及涡格法来分析空气压力与旋涡密度的关系，进而确定结构的失稳临界风速。计算分析表明，空间膜结构的曲率是决定其气动失稳临界风速的关键因素。" 开敞式索膜结构，常见于大型体育馆、展览馆等建筑，因其轻巧且跨度大的特性而受到青睐。然而，这类结构对风荷载的敏感性使得风荷载成为设计中的重要考虑因素。研究表明，当风速达到一定值时，膜结构可能出现发散失稳现象，导致结构性能下降甚至损坏。 论文中，作者首先考虑了几何非线性的影响，这是因为在大风作用下，结构的变形可能会显著，从而导致非线性效应。采用无限薄的旋涡薄层模型来模拟气流在结构表面产生的扰动，通过非稳态Bernoulli方程描述气流的动态行为，环量定理则用来将空气压力与旋涡密度联系起来。涡格法是一种计算流体动力学的方法，用于求解旋涡密度，同时结合耦合边界条件，可以更准确地反映结构表面的压力分布。 通过这些理论工具，作者得到了结构气动失稳的临界风速解析表达式，并进行了三维开敞式膜结构的计算分析。结果表明，空间膜结构的曲率对其气动失稳临界风速有着显著影响。这意味着在设计阶段，考虑结构的曲率变化对于预测其在风荷载下的稳定性至关重要。 尽管已经有一些关于索膜结构气动稳定性的理论研究，但目前的研究仍相对滞后于实际工程应用。风洞试验数据不足，风振响应的理论体系尚未完善，风荷载作用下的破坏机理也尚不清晰。这篇论文的贡献在于提供了一种新的分析方法，有助于深入理解索膜结构在风荷载下的动力响应，为优化设计和抗风性能评估提供了理论支持。 该研究通过理论计算和分析揭示了开敞式索膜结构在风荷载下的气动失稳机制，强调了曲率在其中的关键作用，对于提升这类结构的抗风设计具有重要意义。未来的研究可能需要进一步结合实验数据，完善理论模型，以提高预测的精确性和实用性。