3．試驗(yàn)結(jié)果及比較分析
3. 1試驗(yàn)曲線
將通過(guò)H P3502A測(cè)到的結(jié)果數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，先經(jīng)L IF軟件轉(zhuǎn)為D0 S文件，然后通過(guò)63T0SDF軟件轉(zhuǎn)換為SD F文件，最后用V正W DATA軟件讀取數(shù)據(jù)文件，根據(jù)每種工況的結(jié)果選取如圖5所示的典型功率譜曲線(縱坐標(biāo)S (f)為加速度功率譜有效值開(kāi)方取對(duì)數(shù)處理后的值，橫坐標(biāo)f5為分析帶寬頻率)進(jìn)行分析，提取索網(wǎng)的前三階自振頻率。
3.2自振特性的有限元分析
3.2- 1有限元模型
采用大型有限元分析計(jì)算軟件ANSYS該單層索網(wǎng)進(jìn)行模態(tài)分析。如圖6所示，模型中主索及水平索采用了三維只拉單元linkl0單元，拉索則采用壓link8單元。
為了便于簡(jiǎn)化計(jì)算，在采用ANSYS進(jìn)行分析時(shí)，將索網(wǎng)與鋼框架的連接視為固定端，只對(duì)索網(wǎng)進(jìn)行分析。
3.22模態(tài)分析方法
柔性支承結(jié)構(gòu)的剛度主要來(lái)源于桿件的初始預(yù)應(yīng)力，而且索又是一種幾何非線性極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，因此，在模態(tài)分析時(shí)必須考慮這兩方面的影響。
有限元分析中索的預(yù)應(yīng)力靠設(shè)置初應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文先根據(jù)試驗(yàn)各級(jí)預(yù)應(yīng)力的實(shí)際加載情況，初設(shè)一組應(yīng)變值，然后反復(fù)調(diào)節(jié)直至模型中各索的內(nèi)力基本滿足相應(yīng)的試驗(yàn)實(shí)測(cè)值，將調(diào)好的這組應(yīng)變值進(jìn)行模態(tài)分析，主要步驟分為兩步:
1))進(jìn)行幾何大變形的靜力分析;
2)修正結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，進(jìn)行包含預(yù)應(yīng)力影響的模態(tài)分析，讀取自振頻率及相應(yīng)振型。
3.23有限元結(jié)果的提取
通過(guò)以上的有限元分析提取索網(wǎng)的自振頻率及相應(yīng)振型。圖7為一級(jí)預(yù)應(yīng)力時(shí)的前兩階振型模態(tài)圖，前面所述的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)工況就是根據(jù)這些結(jié)果設(shè)
計(jì)的。
3.3索網(wǎng)自振頻率的比較分析
圖8該單層索網(wǎng)在各級(jí)預(yù)應(yīng)力下頻率試驗(yàn)和有限元計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，其中橫坐標(biāo)F表示量綱一化的預(yù)應(yīng)力，縱坐標(biāo)fo為自振頻率。
從圖8中可以看出，理論與試驗(yàn)值的變化趨勢(shì)很相似，試驗(yàn)值皆位于有限元計(jì)算結(jié)果以上，兩者相差1. 01%～11. 330%，有限元計(jì)算中將索的支承視為固定未考慮支承鋼架的影響，這也是兩者存在差異的原因之一。
索網(wǎng)的頻率基本隨索內(nèi)預(yù)應(yīng)力的增加而呈弱非線性增長(zhǎng)，并且隨著頻率階次的增加，曲線形狀逐漸由向上凹的趨勢(shì)增加。這表明，盡管索網(wǎng)是幾何大變形結(jié)構(gòu)，但其頻率隨預(yù)應(yīng)力的變化并未表現(xiàn)出明顯的非線性性質(zhì);低階頻率隨預(yù)應(yīng)力的增長(zhǎng)速度小于高階頻率的相應(yīng)增長(zhǎng)速度，即高階頻率與預(yù)應(yīng)力之間的非線性性質(zhì)更明顯。
為了研究玻璃對(duì)索網(wǎng)剛度的影響，本文還測(cè)定了加玻璃后索網(wǎng)的頻率，并與相應(yīng)的有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，如表3所示，其中ft、ff分別為試驗(yàn)測(cè)得頻率和有限元計(jì)算得到的頻率值。
從表3可以看出如下規(guī)律。
1)安裝玻璃前后索網(wǎng)頻率的有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值均比較接近，試驗(yàn)值比有限元計(jì)算值大2.86%一10. 18%，兩者吻合較好，表明有限元模型比較符合實(shí)際結(jié)構(gòu)。
由于采用ANSYS建模時(shí)對(duì)玻璃和索節(jié)點(diǎn)連接方式采用了3個(gè)方向的平動(dòng)禍合，而實(shí)際結(jié)構(gòu)玻璃與索網(wǎng)的連接采用了駁接式金屬連接件，加上玻璃尺寸較小，連接件尺寸相對(duì)較大，對(duì)玻璃交點(diǎn)有較強(qiáng)的約束作用，因此實(shí)際結(jié)構(gòu)玻璃參與的作用更大，對(duì)索網(wǎng)的剛度貢獻(xiàn)更大，因此本文認(rèn)為，這是試驗(yàn)值高于有限元計(jì)算結(jié)果的原因之一。
2)從試驗(yàn)值可以看出，安裝玻璃后結(jié)構(gòu)的各階頻率分別降低了34.852%、29.816%、26.988%，且降低幅度隨模態(tài)階數(shù)的遞增而減小。這表明由于玻璃的存在，結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量同時(shí)增長(zhǎng)，但玻璃質(zhì)量的影響超過(guò)了其剛度的作用，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的頻率下降。本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭胁Ａеg未打玻璃膠，使玻璃不能發(fā)揮整體的協(xié)同作用，這也是其剛度效應(yīng)不夠顯著的原因之一。
4．結(jié)論
1)索網(wǎng)低階頻率隨預(yù)應(yīng)力基本呈線性性質(zhì)，它隨預(yù)應(yīng)力的增長(zhǎng)速度大于高階頻率的相應(yīng)增長(zhǎng)速度，即高階頻率與預(yù)應(yīng)力之間的非線性性質(zhì)更明顯。
2)安裝玻璃后結(jié)構(gòu)的頻率迅速降低，這是由于玻璃的存在，結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量同時(shí)增長(zhǎng)，但玻璃質(zhì)量的影響超過(guò)了其剛度的作用，導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的頻率下降。
3)有限元計(jì)算值與試驗(yàn)值均比較吻合，驗(yàn)證了理論計(jì)算模型的合理性。
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