柔性张力薄膜结构数值分析全过程与状态研究

柔性张力薄膜结构具有多态性,准确数值模拟复杂.本文首次提出了柔性张拉膜和充气膜数值分析全过程和状态,分别包含9过程、7类11状态,阐述其逻辑、算法与问题,零应力态是柔性张力结构精确数值分析与列式的基石.在预应力充气膜分析全过程,阐述充气找形概念,提出设定充气形体的找力找形方法,考虑充气体在结构分析时的非线性耦合效应.设计并制作了一个直径3.0m、高2.0m的球冠充气膜,进行了充气成形和压力变化试验,采用无接触摄影测量形面,部分验证了充气膜过程与状态.     

ETFE薄膜单轴循环拉伸力学性能

对6组250μm厚乙烯-四氟乙烯(ethylene-tetrafluoroethylene,ETFE)薄膜进行了不同应力幅值单轴循环拉伸试验.利用自编MATLAB程序分析了试验所得应力-应变曲线,得到了循环弹性模量、屈服应力、棘轮应变以及滞回环面积等力学性能参数;分别建立了循环弹性模量、棘轮应变和滞回环面积与循环次数的关系式.试验和分析结果表明:随着循环次数的增加,循环弹性模量、棘轮应变和滞回环面积的变化率逐渐减小,分别近似稳定于13,14,14次循环.     

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。     

织物类蒙皮材料中心切缝撕裂破坏强度分析

将复合材料弹性参数偏轴转换理论引入Hedgepeth细化模型,使模型应用范围拓展到倾斜切缝。进而应用Griffith能量理论,并结合试验现象,针对倾斜切缝模型推导了蒙皮材料抗撕裂强度公式。由理论结果可知,蒙皮材料的抗撕裂强度与材料的内因(弹性参数、纱线编织密度等)及外因(切缝倾角、切缝长度等)有关,是由膜材材料性质及损伤参数共同决定的。通过与其他撕裂强度理论及试验结果进行对比分析,验证了所推导理论及所得结论的正确性。所得结论可为蒙皮材料的强度设计及飞艇结构的安全性评估提供理论参考。      

空间充气可展薄膜天线热-结构耦合分析

介绍了热-结构耦合分析原理,并建立了空间充气可展薄膜天线的分析模型。给出热荷载和基本假定,计算了出其在低地轨道（LEO）下运行2个周期的温度场及时间温度曲线。并以此为基础进行了空间充气可展薄膜天线的热应力和热变形分析。空间充气可展薄膜天线的最高温度56.5℃,最低温度-92.8℃,同一时刻最大温差达93.10℃,最大Von Mises应力为931 511 Pa,最大Y向变形为9.666 mm,最大Y向变形RMS值为1.792 mm。对空间充气可展薄膜天线研制具有参考价值。     

双半椭球体氦气囊非饱和形态试验北大核心CSCD

为研究飞艇氦气囊在不同充盈度下的非饱和形态,揭示氦气囊在充气与泄气过程中的形态变化规律,设计与制作了双半椭球体氦气囊及其试验装置,采用控制充盈度的方法开展了双半椭球体氦气囊充气试验与泄气试验.结果表明:充气过程中,上下半椭球膜面先向上升起,随后上半椭球膜面沿环向膨胀至饱满形态,最后下半椭球膜面下沉并沿环向膨胀至饱满形态;泄气过程中,下半椭球膜面先沿环向收缩并向上升起,随后上半椭球膜面开始沿环向收缩,最后上下半椭球膜面同时向下塌陷至真空状态.     

基于退役涂层织物类建筑膜材的力学性能试验研究

基于服役于2000年至2019年的南京国际展览中心的主体跨内退役膜材(法拉利1202 Fluotop T2型PVDF膜材),对其进行一系列力学性能试验测试,包括单轴抗拉、单轴循环、单轴撕裂、单轴连接强度、双轴拉伸循环、双轴剪切循环试验.将试验结果和全新膜材力学性能指标进行对比,得到本次工程在服役老化下的力学性能指标的变...     

抛物面气囊膜结构受力分析

由抛物线方程列出了抛物面的表面积、体积参数方程。根据薄膜理论建立了经向、环向张力表达式,并进行了参数分析。本文工作对气囊膜结构的设计具有一定的指导意义。     

索杆张力结构初始预应力分布计算方法研究

索杆张力结构是具有预应力自平衡的结构体系,具有静不定、动不定特征。初始预应力分布的计算是张力结构受力分析的基础。该文从力密度法表示的基本平衡方程出发,采用线性调整理论,利用最小二乘解,推导出张力结构找形分析列式,建立了结构的初始预应力分布计算方法。用MATLAB语言编制了程序并进行数值分析,算例结果表明该文分析方法正确、有效。     

樊鹏玄

为考察形状记忆聚合物(SMPs)的有限应变力学特性,将SMPs材料的弹性响应采用Neo-Hookean超弹性本构方程描述,黏性响应采用Prony级数描述,从经典遗传积分形式的黏弹性本构方程出发,推导出有限应变格式的黏弹性本构方程和相应的材料参数拟合公式.采用环氧基形状记忆树脂(ESMP)进行拉伸 松弛试验,利用推导的公式进行非线性拟合得到本构方程的参数.对不同温度下ESMP的黏弹性力学特性进行试验研究,表明在试验温度范围内随温度升高ESMP的初始模量降低,初始模量中黏性部分所占比例降低,但弹性部分模量值基本不变.针对三维的SMPs结构分析问题,基于所推导本构,应用ABAQUS软件建立数值模拟方法.对拉伸 松弛试验进行数值模拟,结果表明所推导的本构方程用于SMPs的大应变分析中具有较高准确性.此外,所推导的有限应变黏弹性本构方程及参数拟合公式也适用于具有黏弹性特点的其他各向同性高聚物.