膜结构汽车棚褶皱薄膜的振动分析及控制

　　大空间膜结构汽车棚因其重量轻、收集体积小、成本低、易折叠等优点而受到广泛关注。然而，张拉膜结构中通常存在褶皱，褶皱的存在不仅会降低膜结构的表面精度，还会改变膜的应力分布，影响膜结构的动力性能。在现有文献中，有研究通过实验分析了不同褶皱形式下膜振动特性的变化，验证了褶皱的存在可以改变膜结构的振动模态和固有频率；并在ABAQUS软件中引入惩罚参数来修改材料模型，这表明褶皱对膜结构的振动特性有影响。因此，在分析膜结构的动力特性时，应考虑褶皱引起的质量矩阵和刚度矩阵的变化。

　　有研究在ANSYS有限元软件中，采用壳单元建立了方形膜结构汽车棚，先通过非线性有限元屈曲分析得到膜结构的折叠形状，引入折叠信息更新有限元模型进行模态分析，并比较了有无折叠时膜结构的固有频率和振型，以初始折叠形状为振动平衡位置，在薄膜表面的某一点施加垂直于薄膜表面的冲击扰动进行瞬态分析，得到折叠薄膜的振动曲线。在此基础上，设计了PID控制系统，并通过Matlab/ANSYS联合模拟验证了该控制方法在制约振动方面的有益性，从而提高了膜结构的在轨稳定性。

　　通过对模拟结果的比较，得出以下结论：

　　膜结构汽车棚引入褶皱后，在振型图上可以清晰地看到褶皱的形状；从褶皱峰值处的振动曲线可以看出，平衡点为褶皱变形值，表明褶皱的存在改变了初始平衡状态；通过控制后的振动曲线可以看出，当振动时间为3.17s时，振幅控制在±0.01mm以内，验证了控制方法制约振动的有益性。