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膜曲面的形状

文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2017-04-08 10:54【

线裁移来满足平衡的要求,充气膜而实际情况是只需要一定的平面外和平面内的位移及曲率变化就可以了。考虑到这些,叶小兵博士后在国际上首次采用曲面膜单元,应变的线性部分引入了z向位移及单元的曲率和扭率,非线性部分仍然保留z向位移的影响项。这样无论是每个单元还是各单元合并后的平衡方程都能很容易满足,迭代次数大为减少,而变形结果也更符合真实情况。而且由于单元内各点应力都不相同,据此判断皱折是否出现会更为精确。最后求出的每个单元的曲率和扭率对于判断初始找形的正误和优劣以及裁剪下料都能提供很多非常有用的信息。膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯(PVC)和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯(Teflon)。PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差,但价格便宜,容易加工制作,色彩丰富,抗折叠性能好。为改善其性能,可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层,提高其抗老化和自洁能力,其寿命可达到15年左右。Teflon材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好,但它价格较贵,不易折叠,对裁剪制作精度要求较高,寿命一般在30年以上,适用于永久建筑。1) 裁剪分析的目的是确定裁剪线和裁剪片,以便在并拢张拉后实现初始状态下的膜曲面,所以,裁剪分析应根据初始状态的膜曲面和预张力进行。通过初始形态分析可以确定膜曲面的形状。该曲面是由一定幅宽的膜材,经过裁剪程膜片,并相互连接后张拉而成。膜曲面上的膜片间的连接线为裁剪线。裁。和空间形状。肥皂泡就是最合理的自然找形的膜结构。最初的找形正是通过皂膜比拟来进行,后来发展到用其他弹性材料做模型,通过测量模型的空间坐标来确定形状,对于简单的外形也可以用几何分析法来确定,膜结构找形技术的真正发展来自计算机有限元分析方法的发展。为了寻求膜结构的合理的几何外形,需要通过计算机的多次迭代才能得到。常用的计算机找形方法有:力密度法、动力松弛法、有限元法。2.2力密度法索网结构中拉力与索长度的比值定义为力密度(Force Density)。力密度法(Force Density Method)是由Linkwitz 及 Schek提出来的,原先只是用于索网结构的找形,将膜离散为等代索网,后来,该方法被用于膜结构的找形。把等代为索的膜结构看成是由索段通过结点相连而成,通过指定索段的力密度,建立并求解结点的平衡方程,可得各自由结点的坐标。不同的力密度值,对应不同的外形。当外形符合要求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。力密度法也可以用于求解最小曲面,最小曲面时膜内应力处处相等,肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。实际上的最小曲面无法用计算机数值计算方法得到,所以工程上常采用指定误差来得到可接受的较小曲面。力密度法的优点是只需求解线性方程组,其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国 EASY(EasyForm)、意大利Forten32、新加坡WinFa。。


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