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膜結構材料動力鬆弛法之膜結構張力測試

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膜結構材料動力鬆弛法之膜結構張力測試

發布日期:2018-05-25 作者:空間膜結構 點擊:

現在武漢膜結構公司是在新型膜材料基礎上發展起來的一種新型結構形式,因其白重輕、施工周期短、透光性好、豐富的建築表現力等優點而在體育建築、公共建築等方麵得到了廣泛應用膜材料是一種柔性的,具有強非線性和各向片性的材料,膜結構的設訃在很大程度上取決於膜材料的性能,了解膜材料的特性對於膜結構的設計至關重要建築膜結構由柔性薄膜張拉而成,依賴於結構的幾何曲麵和膜內張力來提供必需的剛度,膜結構設計的首要步驟是找彤分析,其目的是找出滿足建築要求的空間形狀及與之對應的張力分布裁剪分析是膜結構特有的一個分析步驟,其目的是將由找形得到的預應力狀態的空間曲麵進行剖分、轉換成無應力的平麵下料圖,以便將平麵膜材熱合成整體,冉施加預應力以張成設計曲麵合適的膜內張力是膜麵能夠張成並承受荷載的保證,方便快捷的對膜內張力進行現場測量是保證膜結構施工質量的要求 針對上述幾點,本文的土要內容如下

1.概述了建築膜結構的發展曆史及其應用現狀,對膜結構的設計內容及其國內外研究現狀進行了詳盡的淪述

2.對一種PVDF塗層的聚酯纖維膜材進行實驗研究製作了經向、緯線和45°斜向的條狀單軸試件和十字形雙軸實驗試件,分別進行了單軸拉伸和雙軸拉伸實驗,其中雙軸實驗采用了自行設計的實驗裝置通過單軸實驗確定了膜材不同方向的單軸拉伸強度,全程拉伸曲線雙軸拉伸實驗則得到了膜材的彈性模量和泊鬆比等參數,並深入了解膜材的變形性能,全麵理解了膜材的材料特性,為後續的結構分析奠定了基礎

3.從板殼力學的平衡方程出發,證明了膜內符點處處相等的膜內應力分布將得到最小曲麵,而平衡應力分布則得到平衡曲麵

4.應用動力阻尼的動力鬆弛法進行了膜結構的找形分析動力鬆弛法解幾何非線性問題的一個顯著優點是不需要計算結構的整體剛度矩陣和求解整體剛度矩陣方程,然而它所需要的迭代次數較多本文在找形過程中根據結構位形的變化重新計算節點剛度、質量,不斷調整計算參數,從而加快計算的收斂算例說明,用改進後的動力鬆弛法進行膜結構的找形分析,與在整個找形過程中采用同一計算參數相比較,大大減少了迭代次數由於忽略膜內剪切剛度,找形過程中單元變形較大,可通過結點坐標多步提升到位來解決問題

5.本文給山了兩種膜結構曲麵模擬的方法,通過對找形得到的散亂節點進行分片二元三次樣條插值,得到整體C<,0>連續和C<&apos;1>連續的光滑曲麵,適用於任意多邊形區域兩種插值方法均能給出膜曲麵的滿意表現C<&apos;1>插值曲麵的誤籌遠小於C<&apos;0>插值曲麵對兩種插值方法,模擬曲麵的誤籌均隨著初始網格尺度與平麵總尺寸的比值減小而下降,在初始網格尺度與平麵總尺寸的比值小於18之後,擬合曲麵的精度變化隨該比值的下降變化值逐漸不明顯

6.曲麵上的測地線與平麵上的直線有許多相似的性質,測地線的直線性質使其成為最適白的也是目前應用最為廣泛的裁剪縫可以證明,連接平滑曲麵上任意兩點的彈性絀絲當拉緊時具有測地線的彤狀本文在曲麵上指定兩點問引入彈性索,使其在曲麵上自由滑移,並用動力鬆弛法尋找其平衡位置,即得測地線軌跡

7.采用測地線劃分曲麵,應用最小極值法進行曲麵的展開首先將曲麵離散為空問二三角形網格,假設曲麵已近似展開為平麵,調整展丌平麵中節點的位置,使平麵網格中各三角彤的邊長曲麵網格國對應的邊長之籌最小,從而求得空間曲麵的平麵近似展丌本文將上述展開過程歸納為一個無約束的極值問題,並用蒙特卡洛法求解非線性方程對於曲麵上測地線的尋找和空間曲麵展開分別給山了算例,用可展曲麵圓柱麵驗證提山方法的正確性,並應用提山的方法給出了一個菱形馬鞍膜麵的裁剪樣式

8.通過實驗證明超聲儀測試膜材的超聲波傳播速度時具有方便、準確、可重複測試的特點,探討了膜材不同方向張力比例對超聲法測試的影響通過嚴格的實驗室標定實驗,建立了超聲法測試膜材經緯向張力的標準曲線經過較大範同內的標準張力試什的驗證,取得了較好的驗證精度。


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