基于分叉结构的穹顶温室试验与仿真优化

摘要

基于最优穹顶温室缩尺模型承力面面积比例分配计算得上3层横梁及竖梁相应荷载,在ANSYS中进行逐级静力仿真,与雪载模拟应变试验对比,结果表明,微应变与加载质量呈线性相关,试验相关系数为0.9932~0.9999,仿真相关系数为0.9948~1,仿真与试验微应变相对误差为1.840%~8.386%,仿真方法可靠。对1层横梁和竖梁在网格尺寸为10、12、16、18、20 mm时进行静力仿真,结果表明,模型半径在0.24 m时,适宜的网格尺寸为16~18 mm。在ANSYS中,采用同样方法计算仿真加载值,对半径6 m的穹顶温室12组方案进行初选、线性屈曲、力学校验(刚度、强度、稳定性)等逐步分析,得到共4层、第1层梁数为8、混合分叉结构为最优方案;对半径12、18 m的穹顶温室最优结构进行屈曲仿真,结果表明,在水平荷载作用下1阶初始模态缺陷明显,在竖直、水平荷载作用下,非线性屈曲荷载平均为线性屈曲荷载的0.37、0.57倍,说明有必要对大跨度穹顶温室进行非线性屈曲分析,以保证其结构足够稳定;力学校验皆合格,且半径为6、12、18 m温室的稳定性校验值在组合2作用下分别为组合1作用下的1.89、2.26、2.33倍,强度在2种组合作用下差别不大;与1152 m^2 Venlo型连栋玻璃温室相比,3种尺寸温室单位体积用钢量可节约40.11%~59.34%。