组合荷载下索拉骨架膜结构参数优化设计

摘要

为使索拉骨架膜结构满足力学性能、所用耗材最少，建立一种新型索拉式骨架膜结构模型。运用ANSYS分析不同荷载组合工况下膜结构杆件轴力和变形，对比得到对膜结构最不利的荷载工况。运用正交试验法对最不利荷载工况下有限元结果进行分析，得到杆件截面尺寸及杆件空间几何布置对压杆稳定性和杆件变形的影响程度。以弦杆挠度、支撑杆和斜腹杆长细比、压杆稳定临界压力为约束条件，以膜结构质量最小为优化目标，采用响应面法，对骨架膜结构进行优化设计，得到最优设计方案：弦杆与腹杆夹角(A)为42°、跨高比(B)为12、斜腹杆外径(C)为28 mm、斜腹杆径厚比(D)为10、支撑杆外径(E)为51 mm、支撑杆径厚比(F)为15、弦杆宽度(G)为32 mm、弦杆高度(H)为95 mm,优化方案比初始设计方案质量减小6.82%,弦杆挠度减少21.22%。该方法为相似结构设计提供了有效的工程手段，其优化的弦杆与腹杆夹角、跨高比等关键结构参数与众不同，较全面地解决了此种膜结构设计的关键技术问题。

关键词

索拉骨架膜结构 / 力学分析 / 正交试验 / 响应面法 / 结构优化