气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响

充气薄膜管属于柔性结构,荷载作用下产生的变形,会引起其内压改变,进而导致外围薄膜刚度的变化,对其变形产生重要影响,表现出内充气体压力与外围薄膜变形相互耦合的特点。该文采用有限元方法分析气-膜耦合作用对充气薄膜管动力特性的影响及其随影响因素的变化规律。通过将内充气体看作小扰动线性势流以考虑气-膜耦合作用以及内充气体附加质量的影响;通过建立内充气体的三种等效模型,分别将内充气体作用等效为外围薄膜静力边界条件、考虑内充气体附加质量影响的静力边界条件以及小扰动线性势流体,并将其相应的有限元分析结果进行对比,研究气-膜耦合作用和内充气体附加质量对充气薄膜管自振特性的影响及其随初始内压、长细比、膜厚以及端部约束类型的变化规律。研究结果表明:气-膜耦合作用以及内充气体的附加质量对低阶自振模态没有明显影响;气-膜耦合作用对自振频率有较显著的影响作用,而内充气体附加质量的影响则较小;随初始内压和长细比的增加,气-膜耦合作用对频率的影响体现出因阶次不同而不同的变化规律;气-膜耦合作用对频率的影响随膜厚的增加而降低,随约束程度的减弱而增强。该文的研究成果揭示了气-膜耦合作用对充气薄膜管自振特性的影响规律,有助于深入认识充气薄膜管的动力行为,确保其设计计算的合理性和可靠性。

充气薄膜管气-膜耦合作用的有限元分析

充气薄膜管通过内充气压获得刚度和承载力。荷载作用下的变形会导致内充气压改变,进而引起结构刚度的变化,体现为内充气体与外围薄膜耦合作用。该文采用有限元方法对充气薄膜管的气-膜耦合作用及其随影响因素的变化规律进行数值分析。通过将内充气体等效为小扰动线性有势流体以考虑内充气体与外围薄膜的耦合作用;通过将有限元分析结果与相应的试验结果进行对比,验证考虑气-膜耦合作用有限元模型的正确性和精确性;通过将分析结果与内充气体被等效为外围薄膜静力边界条件情况下的计算结果进行对比,研究气-膜耦合作用对充气薄膜管褶皱临界荷载和极限承载力的影响及其随初始内压、长细比、端部约束类型以及轴向荷载的变化情况。研究结果表明,气-膜耦合作用对褶皱临界荷载和极限承载力具有重要影响,且呈现非单调变化的特点,在影响因素的变化范围内,出现极大值或(和)极小值。该文的研究成果揭示了充气薄膜管的气-膜耦合作用规律,有助于深入认识充气薄膜管的力学行为,确保空间充气薄膜结构设计计算的可靠性。

湿热地区充气薄膜屋面喷雾降温实验——以ETFE气枕屋面为例

为明确湿热地区屋面喷雾技术对充气薄膜屋面的降温效果,以广州无限极广场的乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)气枕屋面为研究对象,通过在夏季典型气候条件下开展实验测试,量化了该技术对屋面表面与下方室内产生的降温效果,分析了屋面内外表面的热流量变化,并建立了以气象参数为自变量的屋面外表面降温效果预测模型。结果表明:喷雾系统在全天产生的外表面与内表面降温范围分别为3.8~12.3℃与1.5~2.9℃;屋面喷雾可提高室内人员的热舒适水平,室内空气温度与平均辐射温度降温范围分别为0.2~0.3℃与0.2~1.0℃;在上午与下午时段可使进入室内的传热热流量分别减少21.3%与33.9%,对降低建筑负荷具有积极作用;太阳辐射对屋面外表面降温效果影响最大,其次是风速,而湿球温度的影响最小。该技术不仅可在湿热地区应用,在其他高辐射地区应用仍可实现良好的降温效果。

预应力薄膜充气梁模态的分析方法及特性

为有效揭示预应力薄膜充气梁的模态特性,文中首先根据柔性薄膜结构的受力特点,考虑大变形、初始预应力等几何非线性效应,通过小杨氏模量法找形分析得到平衡形态,继承其位形与初始平衡应力;然后采用分块兰索斯法对薄膜充气梁模态进行数值计算分析,考察了影响薄膜充气梁模态特性的主要因素:压力、薄膜厚度、管径;最后,提出薄膜结构湿模态概念,考虑外流场对薄膜充气梁的耦合作用,分别采用拟密度法和流固耦合法计算了薄膜充气梁的湿模态,通过与干模态的比较验证了外流场对薄膜充气梁的耦合效应.

薄膜充气拱褶皱特性分析

为掌握薄膜充气结构褶皱发生及拓展演化规律,通过数值模拟和实验相结合的方法研究了薄膜充气拱的皱曲问题.据此分析了充气压力、材料厚度、结构尺寸和载荷工况4个参数对薄膜充气拱褶皱特性的影响.在此预报了薄膜充气拱在不同载荷工况下的初始起皱力、初始起皱位置、褶皱扩展演化规律及承载力并开展了薄膜充气拱的皱曲实验,验证了文中的有限元模拟结果.研究结果表明:结构尺寸对薄膜充气拱的褶皱特性影响最大,充气压力次之,材料厚度影响最小;在5种载荷工况中,Fx拉最安全,Fz面外最危险,其他3种载荷介于二者之间.

薄膜充气梁有限元分析方法与结构特性研究

文章采用3种数值计算模型对薄膜充气梁进行分析研究。首先基于铁木辛柯梁线弹性分析理论,考虑充气压力效应,推导薄膜充气梁非对称单元刚度矩阵,采用稀疏矩阵存储,应用共轭梯度法求解有限元平衡方程,并用VC编程实现;然后提出了分别采用壳单元和预应力薄膜单元的非线性有限元分析模型,并给出了基于ANSYS的数值分析过程与方法;通过对薄膜充气梁的参数特征分析,考察了3种计算模型的适用性,分析结果揭示了薄膜充气梁复杂的结构行为特性。

气肋式薄膜充气帐篷结构设计及力学分析

薄膜充气帐篷由于具有架设快捷、收纳轻便等特点得到广泛关注。设计了正四棱锥形和球形2种典型的气柱支撑结构,通过对比空间利用率和占地面积利用率可知,球形结构优于正四棱锥形结构。基于有限元分析方法,通过数值模拟对球形充气帐篷结构进行受力分析,研究其在不同风载下的稳定性。模拟结果表明,产生最大应力和最大位移的位置在帐篷顶部;随着风力的增大,帐篷的变形量逐渐增大,当风载达到七级风时,变形量过大,影响了帐篷的正常使用。因此,采用六边形气柱环结构对帐篷顶部进行优化设计,以加载七级风为例,帐篷顶部结构优化后的数值模拟结果表明,帐篷最大位移从28.58 mm减小到9.64 mm,最大应力从2.83 MPa减小到1.88 MPa。

薄膜充气管展开模拟试验

根据多体理论中凯恩方法建立的折叠充气管模型,模拟研究了V形折叠充气管的充气展开动力学特性。由管内气压变化与充气展开时间的关系,分析了不同充气速率和初始展开角时展开加速度与时间的关系。结果表明:该模拟方法有效,展开加速度与充气速率总体成正比。另发现,为改善充气管的展开动力学性能,需控制特定展开角度范围内的加速度波动。

多约束条件在薄膜充气天线面形测量中的应用

薄膜充气可展开天线的性能受其面形加工的几何精度影响很大,由于天线本身材质的特点,在其面形测量的方法中,非接触式的视觉测量技术具有很大的优势。在对大尺寸薄膜充气可展开天线的面形进行视觉测量过程中,综合考虑几何约束、极线约束、站位约束、距离约束等多种约束条件,可以使系统匹配自动化的准确率提高到100%,测量相对精度达到5×10-4以上,满足天线测量要求,并且对于测量过程中的网络规划、提高解析计算可靠性等方面起到了关键作用。

薄膜充气管的有限变形分析

为了考察薄膜充气管在膨胀过程中内压的变化问题,建立了各向同性薄膜充气管膨胀的力学模型.对不可压缩薄膜充气管,给出了内压与主伸长的函数关系.讨论了本构参数的影响,研究了平面应变时的特殊情形.对可压缩薄膜充气管,通过引入泊松函数的概念来施加对可压缩薄膜充气管的体积控制关系,进而得出了内压与主伸长的显函数关系,且能方便地退化成不可压缩时的情形;同时给出了本构参数及泊松比对这种显函数关系的影响.结果表明:2种情形下的薄膜充气管,其内压均先随着主伸长的增大而增大,当达到某极大值后,再随着主伸长的增大而减少;本构参数n对这种变化趋势的影响较大;而对可压缩薄膜充气管,泊松比γ0也对这种变化趋势有着较大的影响.该文可以为薄膜充气管的生产和研制提供一定的理论参考依据.

基于量纲分析的充气薄膜结构动态特性分析

在分析某一具有内部结构的空间充气薄膜结构动力学特性的基础上,对影响充气薄膜结构动力学特性的参数进行了量纲分析,减少了自变量个数。得到了无量纲形式的因果关系后,通过有限元模型计算了无量纲自变量与因变量之间的变化曲线,结果表明,由于具有内部结构的充气结构在充入压力后会发生大变形,并且由于预应力造成应力刚度效应不均匀,因此,随着压力的增加或薄膜厚度的增加,各阶模态固有频率并不是全部增加或减小的。

空间充气薄膜结构的褶皱分析

引入一个表征褶皱在纹理方向收缩特性的参数"收缩系数"来替代泊松比参与计算褶皱形变,并联合褶皱产生时的应力条件和褶皱特性,实现了对空间充气薄膜结构的褶皱分析,得到了褶皱存在时的充气薄膜结构的应力场和变形.分析中重点讨论了"收缩系数"与泊松比的关系,并讨论了引入"收缩系数"约束变形后的变形协调条件.将两维的褶皱分析方法拓展应用到三维充气结构的褶皱分析中,分析了充气管的弯皱变形,得到了临界皱曲和极限弯矩随结构及力学参数的变化规律.通过简单的褶皱试验,定性地分析了褶皱的形变特性并与分析结果进行了比较验证,结果一致.

新型连栋双层充气薄膜温室在保温节能方面的技术进展

设施园艺是依靠科技进步而形成的高新技术产业,它集生物科学与工程技术于一体,在一定的人工环境调节控制下,进行集约化、规模化生产。统计资料表明,我国的蔬菜栽培设施面积已达到87.6万多hm^2,居世界第一位,比1981年增长了120倍,蔬菜占有量达到240～250kg/人·年(其中设施蔬菜占有量也达到了33kg/人·年),比1981年增长了164倍。随着设施栽培面积的不断扩大。

充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案,首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式,然后设计充气桁架的折叠方案,以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法,并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠,横向折叠率为2.67,纵向折叠率为8.82。基于改进的弹簧-质点系统,完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真,得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠,未发生各构件间的物理干涉,从而评估了协同折叠设计方案的合理性,为此类结构的工程应用提供了技术支撑。

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。

薄膜充气管充气展开特性试验

用展开导轨消除因重力产生的摩擦力,在不同充气速率与初始展开角条件下对薄膜材料充气管的充气展开特性进行了试验研究,获得了展开角,以及展开加速度和内气压的变化规律。试验及分析结果表明:充气管的充气膨胀与展开相互独立,充气膨胀过程近似为等压增容过程,折叠部位的气压变化特性与整体气压变化特性差异明显。

充气塑料薄膜养护棚的设计制作与使用效果分析

降低预制构件生产成本的重要方法之一是缩短预制构件的脱模周期,可以通过提高和维持预制构件的养护温度等措施来实现。介绍了充气塑料薄膜养护棚的研制过程及使用效果。通过养护棚内外温度的对比分析以及养护棚和蒸汽养护条件下预制构件强度的对比分析,表明采用充气塑料薄膜养护棚来养护预制构件的方法能有效地提高预制构件的养护环境温度,节约能源,提高生产效率,符合绿色环保的生产理念,具有良好的社会效益和经济效益。

充气薄膜模型充气自动控制系统

该文从某项目充气薄膜模型充气自动控制系统的研制过程出发,阐述了较低气压应用控制系统的工作原理和控制过程,以及实现过程压力稳定的处置措施。

多气室薄膜充气管结构特性研究

利用数值计算方法对多气室薄膜充气管结构特性进行分析研究。采用通用有限元软件ANSYS建立数值计算模型,分别计算薄膜充气管在不同荷载作用下的应力和变形,并通过对薄膜充气管管径、隔膜构型等主要结构参数变化,揭示了多气室薄膜充气管复杂的结构行为特性,为薄膜充气结构的设计分析提供重要依据。

管棚双层充气膜的应用试验

1989年11月～1991年5月,在严桥乡同心村8队、新民种子场进行管棚双层充气膜栽培番茄以探讨其应用技术,现将结果简报如下: 一、双层膜的设计及制作制作双层膜应选择牢固、无洞孔破损的薄膜。两幅薄膜按管棚的长短、门框位置和卡槽距离裁剪好,