碳纤维材料双层索的非线性共振特性

作者:吴晓;杨立军;孙晋 刊名:西安建筑科技大学学报(自然科学版) 上传者:任美华

【摘要】为了指导碳纤维材料双层索网抗风和抗震设计,采用连续化理论研究了其共振特性.在考虑温度影响的基础上,建立了碳纤维材料双层索在外激励作用下的振动控制方程,采用Galerkin原理及KBM法求得了双层索的非线性共振近似解及对应的定解.在把碳纤维双层索与钢丝双层索比较的基础上,讨论分析了温度、外激励、谐调参数、外阻尼等因素对双层索非线性共振的影响.

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第43卷 第1期2011年2月 西 安 建 筑科技大学学报(自 然 科 学 版) J.Xi′an Univ.of Arch.& Tech. ( Natural Science Edition) Vol.43 No.1Feb.2011 碳纤维材料双层索的非线性共振特性 吴 晓,杨立军,孙 晋 (湖南文理 学院,湖南 常德415000) 摘 要:为了指导碳纤维材料双层索网抗风和抗 震设计,采用连续化理论研究了其共振特性.在考虑温度影 响的基础上,建立了碳纤维材料双层索在外激励作用下的振动控制方程,采用 Galerkin原理 及 KBM 法求得了双层索的非线性共振近似解及 对应的定解.在把碳纤维双层索与钢丝双层索比较的基础上,讨论分 析了温度、外激励、谐调参数、外阻尼等因素对双层索非线性共振的影响.关键词:碳纤维;双层索;非线性;共振 中图分类号:O322    文献标志码: A    文章编号:1006-7930(2011)01-0070-05 . * 由于碳纤维增强复合材料的徐变和松弛等重要指标均优于钢材,且碳纤维材料还具有耐久性好、抗腐蚀、自重轻、富有柔性、高强度等优点,因此在土木建筑、机械、航天航空等实际工程中得到了广泛应用,如采用碳纤维材料对土木工程结 构进行加固等.在大跨度空间结 构中,一般多采用钢丝索网屋顶,而钢丝索网屋顶一个致命弱点是耐腐蚀性差,且受温度影 响 大,如果腐蚀严重而进行更换是极为困难的.随着科学技术的发展,碳纤维材料由于具有钢铁材料所不具备的优点,未来空间结构有采用碳纤网替代钢丝索网的趋势,可以预见在不远的将来,碳纤维材料将会很快推广应用到大跨度空间结 构中.文献[ 1- 5]研究了单层索网体系的非线性振动,文献[ 6-7]研 究了碳纤维双层索及索网的非线性 自振特性.文献 [ 8-9]从斜拉桥的结构刚度、极限强度等静力特性方面对碳纤维增强复合材料拉索在大跨度斜拉桥中的应用可能 性进行了分 析,文献[10-11]对碳纤维增强复合材料拉索斜拉桥和钢索斜拉桥的自振特性和在交通荷载作用下的动力响应进行了分 析比较.但是,至今未见到研究碳纤维双层索非线性共振的文献. 图1 双层索计算模型 Fig.1 The calculating model ofdouble-layer cable system 本文则首次研究了碳纤维材料双层索的非线性共振问题. 1 双层索的近似解 对于图1所示双层索,为了研 究 其非线性共振,可做如下基 本假设:①索是理想柔性的;②索的变形是小垂度的;③承重索、稳定索网之间的连杆绝对刚性;④连杆对 承 重索、稳定索网形成的层间接触力为连续分布;⑤索材料符合虎克定律. 由弹性振动 理论可知,在外激励作用下双层索的非线性振动方程 为 H 1  2  w  x 2 +Δ H 1(  2 z 1  x 2 +  2  w  x 2 )- q ( x , t )+ P ( x , t )= m 1  2  w  t 2 + μ 1  w t H 2  2  w  x 2 +Δ H 2(  2 z 2  x 2 +  2  w  x 2 )+ q ( x , t )= m 2  2  w  t 2 + μ 2  w 烅 烄 烆 t ( 1) 式中: H 1、 H 2 分 别为承重索、稳定索初始水平张力; Δ H 1、 Δ H 2 分 别为承重索、稳定索水平拉 力增量; z 1( x )、 z 2( x )分 别为承重索、稳定索的初始形状函数; w ( x , t )为双层索的横振位

参考文献

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