Numerical investigation of natural frequencies and mode shapes of air-supported structures

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Natural frequencies and mode shapes are important properties of engineering structures and buildings. Modal analysis of the prestressed membrane structures made of orthotropic material is described in this paper. The equation of motion of the system with finite number of degrees of freedom was given in the matrix form. Features of the modal analysis of prestressed system are described. To validate our technique, we have found in the literature and repeated the modal analysis of cylindrical membrane structure (inflated beam). In the source paper the analytical solutions for the natural frequencies were obtained for the one-dimensional (beam) model with taking into account orthotropic mechanical properties and prestress. In this paper the test case was solved for the spatial shell model using finite element analysis, realized in program software “ANSYS Mechanical”. Comparison between authors’ results and results described in reference is carried out. The possible reasons of results divergence are explained. The validated technique has been applied to modal analysis of an air-supported structure based on the rectangular plan of 20×50 m. Models with different mesh sizes were used to achieve the mesh convergence of results. Almost linear dependence between internal pressure and squares of natural frequencies has been received. This result is in the accordance with known solutions, described in the literature for isotropic membranes.

Sobre autores

Nikolay Mokin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Autor responsável pela correspondência
Email: mokiavelli@mail.ru

Postgraduate Student, Department of Structural and Theoretical Mechanics, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU). Research interests: structural analysis of air-supported structures

26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Alexey Kustov

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Email: alexeykustov@outlook.com

Postgraduate Student, Department of Metal and Wooden Structures, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU). Research interests: membrane structures made of technical coated fabric (including air-supported structures).

26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Mikhail Gandzhuntsev

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University)

Email: oppmgsu2014@yandex.ru

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Structural and Theoretical Mechanics, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU). Scientific interests: dynamics of structures, non-linear structural mechanics.

26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russian Federation

Bibliografia

  1. Krivoshapko S.N. (2015). Pnevmaticheskie konstrukcii i sooruzheniya [Pneumatic structures and buildings]. Stroitel'naya mekhanika inzhenernyh konstrukcij i sooruzhenij [Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings], (3), 45–53. (In Russ.)
  2. Ermolov V.V., Berd U.U, Bubner E., Vitting L., Voznesenskii S.B., … Harnach R. (1983). Pnevmaticheskie Stroitel'nye Konstruktsii [Pneumatic Engineering Structures]. Moscow, Stroiizdat Publ., 439. (In Russ.)
  3. Gol'denveizer A.L., Lidskii V.B., Tovstik P.E. (1979). Svobodnye Kolebaniya Tonkikh Uprugikh Obolochek [Free Vibrations of Thin Elastic Shells]. Moscow, Nauka Publ., 384. (In Russ.)
  4. Timoshenko S.P., Young D.H., Weaver W. (1985). Kolebaniya v inzhenernom dele [Vibration problems in engineering]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 472. (In Russ.)
  5. Vol'mir A.S. (1972). Nelineinaya dinamika plastinok i obolochek [Nonlinear dynamics of plates and shells]. Moscow, Nauka Publ., 432. (In Russ.)
  6. Boznyakov E.I., Afanasyeva I.N., Belostotsky A.M. (2016). Chislennoe modelirovanie aehro-uprugih kolebanij tonkostennyh obolochek v trekhmernom vozdushnom potoke [Numerical Simulation of Fluid-Structure Interaction Between Elastic Thin-Wall Structure and 3-D Transient Flow]. Part 1: Verification of the mechanical finite element model. International Journal for Computational Civil and Structural Engineering (IJCCSE), 12(2), 75–85. (In Russ.)
  7. Kravchuk A.S., Scheinin S.A., Kravchuk A.I., Tarasyuk I.A. (2015). Novoe uravnenie malyh poperechnyh kolebanij pryamougol'noj kompozicionnoj membrany pri rastyazhenii vdol' ee storon [New Equation of Small Transverse Oscillations of a Rectangular Composite Membrane Stretched Along Its Sides]. APRIORI. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki, (2), 1–21. Available from http://www.apriori-journal.ru/seria2/2-2015/KravchukShejnin-Kravchuk-Tarasyuk.pdf [Accessed: 14.04.2018]. (In Russ.)
  8. Ambartsumyan S.A. (1974). Obshchaya Teoriya Anizotropnykh Obolochek [General Theory of Anisotropic Shells]. Moscow, Nauka Publ., 448. (In Russ.)
  9. Apedo K.L., Ronel S., Jacquelin E., Tiem S. (2014). Free vibration analysis of inflatable beam made of orthotropic woven fabric. Thin-Walled Structures, 78, 1–15.
  10. Thomas J.C., Jiang Z., & Wielgosz C. (2006). Continuous and finite element methods for the vibrations of inflatable beams. International journal of space structures, 21(4), 197–222.
  11. Bruyaka V.A., Fokin V.G., Soldusova E.A., Glazunova N.A., Adeyanov I.E. (2010). Inzhenernyi analiz v ANSYS Workbench [Engineering Analysis with Ansys Workbench]. Samara, SSTU Publ., 271. (In Russ.)
  12. Leont'ev N.V. (2006). Primenenie sistemy ANSYS k resheniyu zadach modal'nogo i garmonicheskogo analiza [Use of ANSYS System to The Modal and Harmonic Analysis]. Nizhny Novgorod, 101. (In Russ.)
  13. Perel'muter A.V., Slivker V.I. (2011). Raschetnye modeli sooruzheniy i vozmozhnost' ikh analiza [Calculation models of building and possibility of their analysis]. Moscow, SCAD Soft Publ., 736. (In Russ.)
  14. ANSYS Mechanical User's Guide. Release 15.0. (2013). Canonsburg, USA, 1832.
  15. Ermolov V.V. (1980). Vozdukhoopornye zdaniya i sooruzheniya [Air-Supported Buildings and Structures]. Moscow, Stroiizdat Publ., 304. (In Russ.)

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».