膜結構材料動(dòng)力松弛法之膜結構張力測試

    現在膜結構是在新型膜材料基礎上發(fā)展起來(lái)的一種新型結構形式，因其白重輕、施工周期短、透光性好、豐富的建筑表現力等優(yōu)點(diǎn)而在體育建筑、公共建筑等方面得到了廣泛應用膜材料是一種柔性的，具有強非線(xiàn)性和各向片性的材料，膜結構的設訃在很大程度上取決于膜材料的性能，了解膜材料的特性對于膜結構的設計至關(guān)重要建筑膜結構由柔性薄膜張拉而成，依賴(lài)于結構的幾何曲面和膜內張力來(lái)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(mǎn)足建筑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(gè)分析步驟，其目的是將由找形得到的預應力狀態(tài)的空間曲面進(jìn)行剖分、轉換成無(wú)應力的平面下料圖，以便將平面膜材熱合成整體，冉施加預應力以張成設計曲面合適的膜內張力是膜面能夠張成并承受荷載的保證，方便快捷的對膜內張力進(jìn)行現場(chǎng)測量是保證膜結構施工質(zhì)量的要求 針對上述幾點(diǎn)，本文的土要內容如下

    1．概述了建筑膜結構的發(fā)展歷史及其應用現狀，對膜結構的設計內容及其國內外研究現狀進(jìn)行了詳盡的淪述

    2．對一種PVDF涂層的聚酯纖維膜材進(jìn)行實(shí)驗研究制作了經(jīng)向、緯線(xiàn)和45°斜向的條狀單軸試件和十字形雙軸實(shí)驗試件，分別進(jìn)行了單軸拉伸和雙軸拉伸實(shí)驗，其中雙軸實(shí)驗采用了自行設計的實(shí)驗裝置通過(guò)單軸實(shí)驗確定了膜材不同方向的單軸拉伸強度，全程拉伸曲線(xiàn)雙軸拉伸實(shí)驗則得到了膜材的彈性模量和泊松比等參數，并深入了解膜材的變形性能，全面理解了膜材的材料特性，為后續的結構分析奠定了基礎

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

    4．應用動(dòng)力阻尼的動(dòng)力松弛法進(jìn)行了膜結構的找形分析動(dòng)力松弛法解幾何非線(xiàn)性問(wèn)題的一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)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(guò)程中根據結構位形的變化重新計算節點(diǎn)剛度、質(zhì)量，不斷調整計算參數，從而加快計算的收斂算例說(shuō)明，用改進(jìn)后的動(dòng)力松弛法進(jìn)行膜結構的找形分析，與在整個(gè)找形過(guò)程中采用同一計算參數相比較，大大減少了迭代次數由于忽略膜內剪切剛度，找形過(guò)程中單元變形較大，可通過(guò)結點(diǎn)坐標多步提升到位來(lái)解決問(wèn)題

    5．本文給山了兩種膜結構曲面模擬的方法，通過(guò)對找形得到的散亂節點(diǎn)進(jìn)行分片二元三次樣條插值，得到整體C<,0>連續和C<&apos;1>連續的光滑曲面，適用于任意多邊形區域兩種插值方法均能給出膜曲面的滿(mǎn)意表現C<&apos;1>插值曲面的誤籌遠小于C<&apos;0>插值曲面對兩種插值方法，模擬曲面的誤籌均隨著(zhù)初始網(wǎng)格尺度與平面總尺寸的比值減小而下降，在初始網(wǎng)格尺度與平面總尺寸的比值小于18之后，擬合曲面的精度變化隨該比值的下降變化值逐漸不明顯

    6．曲面上的測地線(xiàn)與平面上的直線(xiàn)有許多相似的性質(zhì)，測地線(xiàn)的直線(xiàn)性質(zhì)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，連接平滑曲面上任意兩點(diǎn)的彈性絀絲當拉緊時(shí)具有測地線(xiàn)的彤狀本文在曲面上指定兩點(diǎn)問(wèn)引入彈性索，使其在曲面上自由滑移，并用動(dòng)力松弛法尋找其平衡位置，即得測地線(xiàn)軌跡

    7．采用測地線(xiàn)劃分曲面，應用最小極值法進(jìn)行曲面的展開(kāi)首先將曲面離散為空問(wèn)二三角形網(wǎng)格，假設曲面已近似展開(kāi)為平面，調整展丌平面中節點(diǎn)的位置，使平面網(wǎng)格中各三角彤的邊長(cháng)曲面網(wǎng)格國對應的邊長(cháng)之籌最小，從而求得空間曲面的平面近似展丌本文將上述展開(kāi)過(guò)程歸納為一個(gè)無(wú)約束的極值問(wèn)題，并用蒙特卡洛法求解非線(xiàn)性方程對于曲面上測地線(xiàn)的尋找和空間曲面展開(kāi)分別給山了算例，用可展曲面圓柱面驗證提山方法的正確性，并應用提山的方法給出了一個(gè)菱形馬鞍膜面的裁剪樣式

    8．通過(guò)實(shí)驗證明超聲儀測試膜材的超聲波傳播速度時(shí)具有方便、準確、可重復測試的特點(diǎn)，探討了膜材不同方向張力比例對超聲法測試的影響通過(guò)嚴格的實(shí)驗室標定實(shí)驗，建立了超聲法測試膜材經(jīng)緯向張力的標準曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)較大范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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