中文摘要：

本项目致力于研究圆形和矩形薄膜结构在冲击荷载作用下的动力响应问题。利用冯o卡门薄膜大挠度理论，结合能量法，考虑膜材几何非线性以及空气阻尼的影响，分别建立各向同性圆形、矩形和正交异性矩形薄膜结构在冲击荷载作用下动力响应的非线性偏微分控制方程组。采用自由参数摄动法，分别按照简支（固支）和滑动边界求解控制方程组，得到其近似解析解；同时，应用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟分析，并进行试验研究；将数值分析和试验研究结果与理论结果进行对比分析，得到薄膜结构在冲击荷载作用下各特征点的加速度、速度和位移时程，以及在冲击荷载作用后，膜结构的松弛、变形或破坏趋势，总结其一般规律，为建筑膜结构设计、施工和二次张拉提供一些理论依据，并发展一种适用于柔性薄膜结构在冲击荷载作用下动力响应研究的改进非线性解析分析方法。

结论摘要：

薄膜结构是由新材料和新形式形成的新型建筑结构，被誉为“21世纪的建筑”。由于其自重轻、阻尼小、非线性强和柔度大等特点，因而在风、暴雨和冰雹等冲击荷载的作用下容易发生振动，使建筑薄膜结构产生较大的变形甚至撕裂，最终导致各类工程事故。因此，该项目的研究对保证薄膜结构的正常使用和预防薄膜结构的工程事故有一定意义。本项目针对圆形和矩形薄膜结构，考虑其几何非线性，运用冯？卡门大挠度理论和达朗贝尔原理分别按照无阻尼和有阻尼两种情况建立了薄膜结构的自由振动和在集中、均布和随机冲击荷载作用下的受迫振动的控制方程组。选用直接积分法、L-P摄动法、KBM摄动法和能量法等求解了非线性偏微分控制方程组，得到了圆形和矩形薄膜结构动力响应的解析解；提出了圆形和矩形薄膜结构在集中、均布和随机冲击荷载作用下的试验研究方法并进行了试验，验证并优化了理论研究所得的结论；进行了圆形和矩形薄膜结构在集中冲击荷载和均匀冲击荷载作用下的数值计算，同时进行了鞍形、伞形和伞形组合等薄膜结构在风荷载作用下的数值计算，与理论结果对比后验证了理论方法的有效性，并进一步对影响薄膜结构动力响应的参数进行了分析。综合以上研究成果，总结出建筑薄膜结构在冲击荷载作用下的动力响应的一般规律(1)建筑薄膜结构在集中冲击荷载作用下的频率随预张力、振动阶数和荷载的初始速度的增加而增大，其中频率与预张力基本呈现线性关系，低阶振型对总反应的贡献大于高阶振型。膜面振动的最大位移、振幅、速度和加速度随荷载作用方向与膜面夹角、薄膜尺寸的对称性和荷载的初速度的增加而增大。(2)建筑薄膜结构在均布冲击荷载作用下的动力响应规律类同于集中冲击荷载作用下的反应规律。另外，薄膜结构的气动稳定性受双向跨度和矢跨比影响较大；薄膜结构的风压值受矢跨比和形状影响较大。(3)建筑薄膜结构在随机冲击荷载作用下的瞬态响应占据主导部分，其响应值远大于稳态均值；而且瞬态响应是一个窄带过程，薄膜结构相当于一个窄带滤波器，因此瞬态势能均值要比稳态势能均值大得多。(4)建筑薄膜的张拉变形和动力响应规律与材料的正交异性密切相关。该项目的研究为薄膜结构的设计、施工和二次张拉提供了一些理论依据，为柔性结构在冲击荷载作用下的动力响应研究提供了一种研究方法。