非线性气动响应及抗风静等效设计：抗曲锥形张力膜结构
流体动力学
2026-01-30 v1
摘要
抗曲锥形张力膜结构（TMS）因其美观性、经济性及抗雨雪荷载能力，广泛应用于工程实践。然而，此类结构在几何非线性条件下表现出复杂的气动行为，过去的研究不足。本文详述抗曲锥形TMS在随机风载下的气动响应，并提出相应的静等效抗风设计方法。大尺度涡流模拟（LES）用于模拟大气边界层（ABL）中TMS的随机风载荷，相关细节已在作者前一研究中详述，此处不再赘述。将气动载荷作为输入，进行包含开放式（无立面）和封闭式（带立面）TMS的非线性时域分析，结构以周边/径向缆索受力。展示了关键参数（气动粗糙度、TMS的升降比及膜片预应力）的影响。虽然增加预应力和升至跨比可增强TMS刚度，但前者作用更为显著。粗糙度升高也导致峰值载荷/响应增大，因气流湍流强化。本文通过 Gust Response Factors（GRF）及额外的非线性调整因子（NAF）提出抗风静等效设计方法。这些因子系统化呈现，涵盖多种情形情形。给出用于预测这些因子的多线性回归模型，并进行概率分析，以获得可直接用于设计的数值，无需进行复杂的非线性动力学分析。
引用
@article{arxiv.2601.21777,
title = {Nonlinear Aerodynamic Response and an Equivalent Static Wind-resistant Design for Anticlastic Conical Tensile Membranes},
author = {Ajay Kumar and Budhaditya De and Sudib Kumar Mishra and Devasmit Dutta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.21777},
year = {2026}
}