气承式膜结构的初始形态分析研究

对气承式膜结构在构造及正常使用上的一些特殊性进行了说明．采用非线性有限元方法对气承式膜结构进行初始形态分析，编制了相应的程序．对该类结构形式典型算例进行了初始形态分析，并将计算结果与解析解和通用有限元分析软件Ansys计算结果进行了校核，验证了所编程序的正确性．     

气承式薄膜结构的找形分析

根据离散后膜曲面的节点平衡条件,推导了气承式薄膜结构初始平衡形状确定的基本方程.在此基础上,提出了气承式薄膜结构等应力密度及等应力两类初始平衡曲面的求解方法.依据文中方法编制了计算程序,给出了两个找形算例.算例验证了理论推导和程序的正确性,同时表明,对于气承式薄膜结构的找形分析,文中提出的求解方法简单、高效.     

敞篷式体育场膜结构找形分析

采用基于非线性有限元理论的形态结合法对敞篷式膜结构进行了找形分析。首先介绍了相关理论和相应有限元计算公式,通过提升支座,得到膜面的初始曲面,即“形”;然后在此形状基础上,通过温度作用对膜施加真实的预应力,迭代计算得到了真实的膜面预应力分布,即“态”,实现了“形”与“态”的结合,得到了最终膜结构的形状;最后对郑州大学新校区综合体育场膜结构工程进行了找形分析。结果表明,该方法能够快捷、精确地得到敞篷式膜结构的曲面形状,对更加合理地设计膜结构具有重要意义。     

大跨度充气膜结构形态分析方法研究

为求解大跨度充气膜结构的准确形态,阐述了一种形态分析方法.分析流程为构建初始形、假定初始态、迭代求解预应力及变形、逆向变位改变初始形、逆位移形再迭代计算、求得平衡形态.以某充气膜结构为例计算,平衡形态下最小von mises应力为0.723×106 N/mm2,最大von mises应力为13.4×106 N/mm2....     

张拉膜结构的有限元分析

膜结构具有复杂的造型、独特的空间曲面与合理的受力机理。采用非线性有限元理论,对马鞍形膜结构进行了初始平衡形态的确定和均布荷载下的应力分析,研究了单双轴弹性模量对于理论分析结果的影响。研究结果表明膜面最大应力采用双轴弹性模量的分析结果比采用单轴弹性模量的分析结果大10％以上,使用单轴弹性模量的有限元模型偏于不安全,且双轴弹性模量更能反映膜材料的实际情况,工程设计时应该采用双轴弹性模量来进行分析。     

气承式薄膜结构的找形分析

根据离散后膜曲面的节点平衡条件，推导了气承式薄膜结构初始平衡形状确定的基本方程．在此基础上，提出了气承式薄膜结构等应力密度及等应力两类初始平衡曲面的求解方法．依据文中方法编制了计算程序，给出了两个找形算例．算例验证了理论推导和程序的正确性，同时表明，对于气承式薄膜结构的找形分析，文中提出的求解方法简单、高效。     

充气膜结构有限元找形的体积微分法

为确定充气膜结构找形分析时,在内压已知情况下膜面张力的大小,根据多元函数泰勒展开公式推导了该类结构充气膨胀的体积微分方程,并由基于U.L.格式的非线性有限单元法,建立了以节点位移和膜面初始张力为未知量的平衡方程,编制了在给定内部气压及膨胀体积情况下的找形分析程序。对球面及圆柱面充气膜结构进行了找形计算,得到的数值结果与由球面及圆柱面的矢高、内压、初始张力相互关系得到的理论解进行比较并得到了验证。计算结果表明,提出的基于有限元的体积微分法可有效的用于充气膜结构的找形分析。     

索和膜结构初始形状确定的直接迭代法

在索和膜结构几何非线性分析的基础上,推导了直接迭代法的基本方程,同时给出了索和膜结构采用直接迭代法进行初始形状确定的求解方法.依据提出的形状确定方法,编制了计算程序,给出了一个典型算例的找形计算结果.较之常规的非线性位移法,直接迭代法无需组装总体刚度矩阵,并且可由任意的初始非平衡态得到平衡态,可有效地应用于索和膜结构的初始形状确定.     

膜结构初始形态确定的研究

详细介绍了用于薄膜结构初始形态确定的非线性有限元法分析方法,并分别编制了相应的计算程序．对具体膜结构的算例进行了初始形态确定计算,算例表明这是一种较为有效的方法．     

非线性有限元法分析张拉整体结构初始形态

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程序迭代计算的收敛性问题.并应用初始形态分析程序计算确定了张拉整体三棱柱的初始形态.结论基于虚功原理迭代方程编写的初始形态分析程序可以有效确定张拉整体结构的初始形态.通过算例分析提出了张拉整体单体给定预应力态及初始几何选取的合理建议.     

Wind-induced response analysis of conical membrane structures

Conical membrane structures as a typical form arewidely used in engineering practice. For example, theShanghai Stadium, Weihai Stadium in China and theRiyadh Stadium in Saudi Arabia are all composed of afew conical membrane structures. This form of mem-brane structure is characterized by a high point in themiddle and low supporting edges around the border,like a cone.The edge elements of the conical membrane struc-ture may be rigid beams or flexible cables supported byseparate columns or b…     

悬浮油滴在改性PAN纤维膜上的行为研究

针对大气环境中的气溶胶悬浮油滴的过滤式处理,以PAN纤维膜为实验介质,研究气溶胶油滴在PAN纤维膜及改性处理后的PAN纤维膜上的富集规律和演变的行为. 实验结果表明,油滴在不同表面能的纤维上的结构不同. 油滴在PAN纤维上形成轴对称结构,在改性PAN纤维上形成非轴对称结构. 随着油滴在纤维上的富集,改性PAN纤维上的非轴对称油滴逐渐转变为轴对称油滴. 油滴在改性PAN纤维和PAN纤维上的最终形态都不能铺展形成液膜,而是形成轴对称的油滴. 通过测量纤维膜压力降和液体穿透压可以发现,改性PAN纤维膜相比原始PAN纤维膜,能够避免油滴浸润,具有阻隔油滴侵入纤维膜内部的作用.     

大跨度膜屋面风致雪压的数值模拟研究

风荷载是影响结构表面积雪分布的重要因素.本文应用雪漂理论,采用CFD数值模拟技术对由风荷载影响引起的膜结构表面积雪分布规律进行了研究.计算了典型形状膜结构在不同风向角下周围的雪漂运动和风致雪压,总结了膜结构表面风致雪压的分布规律.结果表明风荷载的作用会造成膜结构表面雪压分布的改变.研究结果对膜结构实际工程抗风雪设计提供了有价值的参考.     

胶原、明胶和水解胶原蛋白的性能差异

由于胶原、明胶和水解胶原蛋白制备工艺的差异，造成它们在结构和性能上存在较大的差别。用十二烷基硫酸钠一聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS—PAGE）方法确定3种样品的相对分子质量及其分布。结果表明：胶原的相对分子质量大约为30万，分布很窄；明胶的相对分子质量从几千到10万，分布很宽；水解胶原蛋白相对分子质量从几千到3万，分布也很宽。3种样品中只有胶原和明胶能够成膜，但是胶原膜的抗张强度（58N／mm^2）大于明胶膜（36N／mm^2），并且只有胶原膜在扫描电子显微镜（SEM）下呈现出纤维结构。纤维成形实验表明只有胶原才具有成纤维能力。角质形成细胞培养实验证明了只有胶原有利于细胞的吸附和生长，明胶和水解胶原蛋白与培养皿培养的参比样相似，都对细胞的吸附和生长无明显的促进作用。由此得出结论：只有胶原才有生物活性，具有比明胶和水解胶原蛋白更大的潜在生物医学用途。     

基于满应力准则的膜结构截面优化

为了得到满足应力约束的膜结构的最优设计,根据满应力准则和静定化假设对应力约束下的膜结构的截面进行了优化设计.以膜单元的设计厚度与初始厚度的比值为设计变量,通过设计变量的量纲一化实现了设计变量的连接.用MSC.PCL (Patran command language)语言对MSC.Nastran&Patran软件进行二次开发,完成了膜结构优化程序.算例证明了程序算法的可靠性和高效性.     

充气式索膜结构的找形分析

充气膜结构本身需要通过压差作用才能形成完整的结构,从而具备一定的刚度来支撑自重和外载荷.为加强结构的承载能力,通常会增设强度更大的索结构进行调整. 对于充气式索膜结构,找形分析在形状设计和优化中具有十分重要的作用,而压差对结构的形态分布有显著的影响,是找形分析中的重要因素. 针对充气式索膜结构受压差作用的特点,基于非线性有限元找形方法,提出压差预置法的概念,并且与节点平衡法相结合来实现优化.在此基础上,针对飞艇索膜结构的具体设计要求,提出了多目标优化的找形分析方案,先结合使用压差预置法和节点平衡法,寻找出满足索和膜结构的应力比值的几何外形;然后,通过等比例缩放的方法调整大小,最终得出满足设计体积大小的几何形状. 结果表明,采用该方法找形后的索的应力为找形前的2倍,更加充分的发挥了增强索的承载作用,同时,膜的最大应力有所降低,应力分布更加均匀,整体结构的承载能力得到了加强,对于解决实际工程问题具有重要的参考意义.