张力膜结构非线性风振响应浅析

本文针对张力膜结构这种柔性结构非线性程序高、质量轻、刚度弱、对风敏感的特点,利用随机振动理论,采用数字模拟法对膜结构风振响应这一难点问题做一定研究分析,为进一步的深入研究打下良好的基础。     

膜结构自振特性研究

膜结构体型复杂,对风振作用敏感,而结构的风振性能又与结构的自振特性紧密相关。对不同结构参数时鞍形膜结构的自振特性进行了分析,随着结构跨度的增大,却会降低结构的自振频率,且降低幅度较大;膜预张力的增大,会增大结构的自振频率,且增大幅度较大;索和膜的张拉刚度的对结构的自振频率影响很小,自振频率随着张拉刚度的增大而增大。     

充气膜结构

本文简要介绍了膜结构的发展历史,论述了充气膜结构的工作机理、结构特性及发展过程。在给出充气膜结构定义的基础上,从概念上区分出气承式和气工和气胀式两种不同性质的充气膜结构。对比非充气膜结构,分析了充气膜结构的优缺点,指出了充气膜结构在我国的应用前景。     

基于静压变形的膜结构预张力测量方法研究

为满足我国膜结构行业的工程需要,保障膜结构的日常维护和安全使用,利用静压变形原理设计一种新型膜结构预张力测量方法。根据静压变形的理论推导出一套适用于多种膜材的预张力测量的理论方程,并据此提出相关的测量方法。通过数值模拟对该测量方法进行验证,模拟结果显示该方法具有很好的准确性,同时确定了测量仪器的尺寸和测量范围。通过实测显示实验结果和理论与模拟结果有很好的一致性。该方法操作简单,准确性高,工作量小,可以测量各种膜材。可以根据此方法制作一种新型预张力测量仪器,用于膜结构的预张力测量,进一步保证膜结构的安全可靠性。     

建筑物健康诊断两种风荷载传感器的设计与应用

介绍了建筑物风工程研究用的两种风荷载传感器。一种是采用MEMS技术的梁膜岛复合力敏结构压阻微差压敏感元件,用准齐平无应力微封装,适用于建筑物缩模风洞试验测试用的风荷载动态微型微压传感器。另一种是采用MEMS梁膜复合结构力敏芯片,考虑了减小雨水张力影响及冲击载荷伴生的振动影响及防雷保护而封装的复合风雨荷载,现场实测用的风荷载传感器,它们均在实验和应用中取得良好的应用效果。     

张力膜结构的找形分析

张力膜结构的形状不能随意选择,设计时首先要确定满足平衡条件和建筑要求的表面形状。本文根据大位移理论,得出了适合于张力膜结构的几何非线性有限元方程,给出了采用几何非线性有限元法确定张力膜结构的初始形状的方法,对预张应力的确定及找形问题的非线性方程求解收敛准则提出了建议。文中给出了几个找形算例,算例表明本文的找形方法是有效、正确的。     

充气膜结构零应力态求解

充气膜结构分析全过程包括9个状态和7个分析过程,零应力态是结构分析与设计的基础,将结构数值分析态和实际物理态有机联系起来。该文首次提出了一种从弹性平衡态到零应力态的逆解析数值分析方法,非线性协调矩阵广义逆法。首先,用膜线单元模拟膜面,将膜结构转化成为网格结构,由弹性平衡态预张力和材料参数,计算膜线无应力长度和伸长量;然后,基于杆系结构平衡矩阵理论和小变形假定,建立体系的协调方程,由协调矩阵M-P广义逆求解节点位移,逆向叠加求出新状态位形。根据新位形计算膜线张力向量和节点不平衡力向量,迭代求解零应力态。根据该算法,用MATLAB编制了计算程序。算例分析验证了该方法的正确性和高效性。该文对充气膜结构设计具有重要理论意义和实际指导价值。     

膜结构的实用裁剪下料研究

裁剪下料昌膜结构设计的关键问题之一。本文提出了一种简便、实用的裁剪设计方法。由于裁剪下料是在找形后出现的空间曲面上进行的顺找形前进行有限均单元划分时预先考虑到将来裁剪缝的布置,使找形后两条裁剪缝之间的空间折板面是可展的。这样,空间曲面的展开便演化为一个纯几何的问题,大大简化了计算。曲面展开后考虑预张力和徐变的影响而形成最终的下料图。大量的工程实例证明了此方法的有效性和广泛适用性。     

张力膜结构初始形态分析的曲面四边形单元

张力膜结构的初始形状不能随意选择,它必须符合平衡条件和建筑使用要求。根据几何非线性有限元理论,提出张力膜结构初始形态分析的8结点曲面四边形等参单元。通过建立曲线坐标,在应变的线性部分引入法向位移及单元曲率和扭率的影响,推导了张力膜结构的单元刚度矩阵和结点力列阵。采用完全的Newton-Raphson迭代法求解非线性方程组。数值算例表明该单元是一种高效、稳定和可靠的单元。     

膜结构分析理论研究现状与展望

作为一种典型的柔性张力体系, 膜结构的分析方法与刚性结构相比有许多不同之处, 形成一套独特的理论体系。首先阐述了膜结构分析理论的特点和一些需要特殊考虑的问题, 然后从初始形态分析、荷载效应分析和裁剪分析三个方面概要介绍了膜结构分析理论的发展过程, 以及一些具有代表性的方法;继而针对膜结构分析中的若干热点问题, 包括褶皱的数值模拟、考虑多目标的形态优化、基于裁剪-找形一体化思想的精确成形技术和考虑流固耦合的风振分析方法等的研究现状进行了评述, 最后对膜结构分析理论的进一步发展提出展望。     

膜结构对聚醚砜中空纤维膜血液相容性的影响

通过改变添加剂的种类和纺丝工艺,得到四种结构的聚醚砜(PES)膜,即双层指状孔结构(PES-DF)、单层指状孔结构(PES-SF)、致密海绵体结构(PES-CS)和较为疏松的海棉体结构(PES-LS)。利用水接触角、水吸附量、牛血清白蛋白吸附以及凝血时间等实验考察了膜结构类型对PES膜血液相容性的影响。实验结果表明,具有海绵体结构的PES膜的血液相容性优于具有指状孔结构的PES膜;同样是海绵体结构的PES膜,结构相对致密其血液相容性优于结构较为疏松的PES膜。     

倒伞式可展索膜结构静力特性分析

倒伞式可展索膜结构是一种新型的张拉式索膜结构,它不同于现有的固定式索膜结构,具有样式新颖,结构灵活,使用方便,用途十分广阔等特点。对倒伞式可展索膜结构的静力分析原理进行了理论推导。结合算例,对该结构的静力性能做了详细的分析。对结构在恒载、预张力、风荷载和雪荷载作用下的反应进行了数值模拟,研究了倒伞式可展索膜结构在荷载作用下应力及位移的变化规律,并找出了它与现有的固定式索膜结构相比所独有的特点和优势,得出了一些适用于倒伞式可展索膜结构的主要结论。     

风驱雨荷载作用下鞍形膜结构动力响应及可靠度研究

通过有限元数值模拟和风洞试验对鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的动力响应及其结构可靠度进行研究。采用Workbench软件中的Mechanical APDL模块与Fluent模块建立鞍形膜结构在风驱雨荷载作用下的模型,将该模型导入ANSYS AUTODYN软件中求解得到动力响应曲线。基于气弹相似理论制作了试验模型,并对试验模型进行风驱雨动力加载试验,从而得到其膜面不同特征点在不同工况下的动力响应数据。通过蒙特卡洛法对数值模拟和试验的动力响应数据进行求解,得到鞍形膜结构的可靠指标。此外,讨论了风雨荷载组合、预张力和矢跨比对鞍形膜结构动力响应与可靠度的影响。将试验与数值模拟进行对比分析,数值模拟结果与试验结果较为吻合。研究发现：风驱雨荷载会使膜结构产生显著的非线性振动,通过增大鞍形膜结构的预张力和矢跨比可有效减小振动响应;在不同参数之间,矢跨比对膜结构可靠度的影响更为显著。论文的研究方法和结果可以为膜结构非线性动力响应研究和基于可靠度理论的膜结构设计提供参考。     

边界元法在膜结构与风耦合研究中的应用

膜结构是一种风敏感性结构,结构与风的耦合作用不容忽视。本文将膜结构所处的风场简化为不可压缩势流,运用边界元法求解绕流后作用在膜结构上的风压,然后计算在风压作用下膜结构产生的变形,修正膜结构形状,再次求解变形后膜结构周围流场及作用在其上的风压,这样依次迭代,直至得到收敛的解。这种方法的有效性通过典型算例和其他方法计算结果的对比得到验证。变换膜结构的矢跨比、初始预张力及风场平均风速,研究参数变化对流固耦合的影响,为膜结构抗风研究与工程实践提供参考。     

考虑纤维体积含量变化的纤维缠绕厚壁柱形结构的等强度设计

纤维缠绕厚壁柱形管道或容器在缠绕张力作用下会使缠绕纤维层的应力状态不断变化,形成沿壁厚力学性能非均匀的结构。依据缠绕过程中的纤维束应力状态分析和纤维束本构关系,获得了纤维体积含量与所受应力状态的关系。基于正交各向异性本构关系和双层筒模型的离散叠加法,建立了给定缠绕张力确定纤维缠绕厚壁柱形结构剩余张力的计算方法,并计算了等张力缠绕纤维层的纤维体积含量沿壁厚的分布。利用Tsai-Wu失效准则研究了纤维体积含量非均匀的厚壁柱形结构的纤维层强度。研究表明:缠绕工艺使内层纤维体积含量和强度均略高于外层,纤维缠绕厚壁柱形结构的强度分析和设计时应考虑这种影响;利用变化的缠绕张力设计可以实现强度比沿壁厚的均匀分布。     

给定索矢跨比的张拉式膜结构协同形态分析

针对张拉式膜结构整体分析提出了新的求解方法.首先,推导了膜片中索初始预张力的公式;然后,根据现有的索膜非线性有限元找形理论和索杆体系找力方法,提出了用于整体结构协同分析的形态迭代求解法,并编制了相应的程序:最后通过一道算例验证了该文所述方法的正确性,并得到如下结论:按该方法得到的找形结果满足力平衡方程、相容方程和建筑师给定的支座边界条件;满足膜片中索的矢跨比的要求;膜面平衡态的主应力分布状态能够基本达到初始假设主应力分布状态;可以直接获得施工张拉索的理论控制值.     

膜结构风荷载和风致响应研究进展

膜结构是近年来在大跨度空间结构中广泛采用的结构形式。由于膜材料柔软、质轻的特点，膜结构对风的作用却十分敏感，风荷载是该类结构设计中的主要控制荷载，在响应分析中必须考虑气动弹性效应，但至今仍没有行之有效的分析方法。从风洞试验研究、响应分析方法和数值模拟等方面详细评述了膜结构风致振动的研究进展，并给出了今后研究的建议。     

建筑膜材的物理,力学性能及其对结构分析的影响

本文从结构分析的角度说明膜结构成为一种空间结构的发展过程，介绍了膜结构的主要材料一建筑膜材的组成及基基本性能，并进一步说明了影响建筑膜才性能的因素和建筑膜材特性在薄膜结构成形、受荷、下料和施工等过程的分析中的不同表现方式。     

大跨度开合空间钢结构

本文主要阐述了大跨度开合结构目前国外发展应用概况及基本设计原则，重点介绍加拿加多伦多天空顶及日本福冈体育馆，并对其分类，应用范围，优缺点，存在问题及难点等也进行了阐述，以期对今后在我国采用这种结构起一定的推动作用。     

面向应用的膜蒸馏过程再探讨

讨论了膜蒸馏涉及的膜材料特性和应用中面临的问题.膜蒸馏过程实质属于传热控制过程,研究膜蒸馏过程的重点在于研究膜蒸馏过程中热量的传递与回收.吸收膜蒸馏传质过程无相变热损失,疏水膜兼具有传质与导热双重作用.采用曝气膜蒸馏工艺对反渗透浓水进行了连续高倍率浓缩,膜组件没有发生亲水化和膜污染问题,说明曝气膜蒸馏工艺在高盐度、易结垢的废水深度浓缩方面具有较好的应用潜力.水膜阻力本质是气体穿过多孔膜表面的气/液两相界面所需克服的界面张力,除了与膜材料本体特性、膜表面结构等因数有关外,还与气体传输方向有关.与传统中空纤维膜相比,设计的异形中空纤维多孔膜,断裂强力有很大的提高.将热泵技术与减压膜蒸馏过程耦合,热泵制热系数COP与蒸发器流速、冷凝器流速和膜蒸馏通量之间存在显著相关性.