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Meso-Scale Tearing Mechanism Analysis of Flexible Fabric Composite for Stratospheric Airship via Experiment and Numerical Simulation

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Journal of Shanghai Jiaotong university(Science) 2022年第6期27卷 873-884页

作者： CHEN Yonglin YANG Weidong XIE Weicheng WANG Xiaoliang fu gongyi School of Naval Architecture Ocean and Civil EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China School of Aeronautics and Astronautics Shanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China School of Aerospace Engineering and Applied Mechanics Tongji UniversityShanghai 200092China Aerospace System Engineering Shanghai Shanghai 201109China

Stratospheric airships are controllable lighter-than-air aircraft and have great potential application in surveillance and *** envelopes,one of the main structures of a stratospheric airship,are generally made of flexible fabric composites to be lightweight,high strength,capable of containing lifting gas,and resistant to the harsh stratospheric *** composites,however,are prone to ***,their tearing behavior has attracted great *** paper explores the meso-scale tearing mechanism of an envelope and the temperature influence on its tear strength via experiment and numerical *** tear tests were conducted on cruciform specimens,which were contacted with liquids(cold alcohol or hot water)at different temperatures including-25,20,50,80℃.The specimens’tear stresses were measured and the meso-scale tearing behavior was captured with a ***,a novel finite element analysis model based on truss and spring elements was established to simulate the tearing *** was found that the simulation result has a relative agreement with the *** simulation results show that the maximum tear stress of the envelope drops by 39.62%as the temperature rises from-60℃ to 80℃ and the tensile properties of yarns and matrix account for stress concentration around a crack *** work deeply reveals the meso-scale tearing mechanism of the envelope and provides a valuable reference for exploring tearing properties of flexible fabric composites.

关键词： stratospheric airship fabric composite temperature tearing property numerical simulation

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球壳在可压缩空气下的耦合振动分析

振动与冲击 2016年第17期35卷 160-164页

作者：刘平付功义江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

大跨空间结构近年来应用越来越广,此类结构对于风荷载十分敏感。如何考虑空间结构与空气耦合振动作用成为业界难点。通过对三维球形结构在可/不可压缩空气下振动问题进行分析,在假设边界为简谐振动并忽略低阶项的情况下,求解出两种情况... 详细信息

大跨空间结构近年来应用越来越广,此类结构对于风荷载十分敏感。如何考虑空间结构与空气耦合振动作用成为业界难点。通过对三维球形结构在可/不可压缩空气下振动问题进行分析,在假设边界为简谐振动并忽略低阶项的情况下,求解出两种情况下的理论解。结合具体的物理模型,对理论结果进行了探讨,得出以下结论:不可压缩假设下,结构表面压力值主要部分与振动加速度及结构曲率半径成正比,流场对结构作用力相当于附加质量;而在可压缩空气情况下,压力值与振动速度成正比、与结构形式无关,流场对结构作用力可相当于黏滞阻尼。最后,利用数值方法对理论解进行了验证,结果符合良好。结果可以推广到壳形结构,为大跨空间结构的抗风、抗振提供理论支持。

关键词：可压缩流体空间结构耦合振动

新型体育场径环向索网罩蓬整体提升过程模拟分析

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建筑结构学报 2008年第2期29卷 32-38页

作者：任涛陈务军付功义上海交通大学空间结构研究中心上海200030

根据两节点索单元建立索网非线性平衡方程,用M-P广义逆求解体系运动方程,采用方程特解修正索网运动,建立了索网由无应力态至初始预应力形成过程的分析方法。基于初始形态,采用非线性悬链线索单元列式,由索张力与无应力长度结合控制迭代... 详细信息

根据两节点索单元建立索网非线性平衡方程,用M-P广义逆求解体系运动方程,采用方程特解修正索网运动,建立了索网由无应力态至初始预应力形成过程的分析方法。基于初始形态,采用非线性悬链线索单元列式,由索张力与无应力长度结合控制迭代,实现了索网整体提升控制过程的数值模拟分析,据此编制相应计算程序。最后,进行了一座新型大型体育场马鞍形径环向单层索网罩棚的整体提升张拉过程模拟分析,跟踪整体提升张拉结构从零状态至初始状态以及索张力逐渐导入与形态变化过程,当完成最后一根索的张拉时,所有索内力及节点位置均达到控制目标值,且精度高。结果表明本文分析方法有效,对大型索网结构设计与施工有理论指导意义和参考价值。

关键词：体育场罩蓬施工模拟分析非线性有限元机构运动

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考虑空气可压缩时空间结构耦合振动分析

上海交通大学学报 2016年第11期50卷 1732-1736页

作者：刘平吴刚付功义东南大学土木工程学院南京210005 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了研究大跨结构振动与空气耦合作用机理与规律,在假设低速振动条件下、采用忽略低价项的办法,对二维圆形结构在可/不可压缩空气下振动问题进行分析.分析中假设边界为简谐振动,分别求解出2种情况下的理论解.结合具体的物理模型,对理论... 详细信息

为了研究大跨结构振动与空气耦合作用机理与规律,在假设低速振动条件下、采用忽略低价项的办法,对二维圆形结构在可/不可压缩空气下振动问题进行分析.分析中假设边界为简谐振动,分别求解出2种情况下的理论解.结合具体的物理模型,对理论结果进行了探讨,得到:在不可压缩假设下,结构表面压力值与振动加速度成正比、与外流场边界大小的对数值成正比,流场对结构压力效果相当于附加质量;而在可压缩空气情况下,压力值与振动速度成正比、与流场长度无关,流场对结构压力效果相当于黏滞阻尼.利用数值方法对理论解进行了验证,结果符合良好.

关键词：可压缩空气空间结构耦合振动附加质量黏滞阻尼

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大型局部双层网壳的体系及稳定性研究

建筑结构学报 2005年第1期26卷 1-10页

作者：陈务军董石麟付功义上海交通大学空间结构研究中心上海200030

本文总结了近四年课题组关于大型局部双层网壳的研究成果。首先介绍了局部双层网壳体系及其成形方法,一般可基于基本的双层、单层网壳演变而来,如球面(大矢高、小矢高)、柱面网壳,叉筒以及其它组合形式。几何非线性混合有限元法是分析... 详细信息

本文总结了近四年课题组关于大型局部双层网壳的研究成果。首先介绍了局部双层网壳体系及其成形方法,一般可基于基本的双层、单层网壳演变而来,如球面(大矢高、小矢高)、柱面网壳,叉筒以及其它组合形式。几何非线性混合有限元法是分析结构稳定特性的有效方法,弧长法、广义增量法与Newton-Raphson方法结合可实现屈曲后过程跟踪,可以采用通用有限元软件或开发程序。然后主要用自己编的程序进行了大量典型局部双层网壳的稳定特性分析及参数影响分析,包括矢高、跨度、矢跨比、厚度、厚跨比、单层区域大小、支承边界刚度等。最后介绍了几个大型局部双层网壳工程设计应用,并进行了稳定特性分析,保证强度与稳定的合理性。

关键词：局部双层网壳矢高单层网壳弧长法柱面网壳几何非线性结构稳定体系课题组开发程序

Von-Karman板方程的摄动—复变函数解法

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四川建筑科学研究 2015年第6期41卷 6-10页

作者：刘平付功义江苏科技大学江苏镇江212003 上海交通大学上海200240

板的大挠度方程由Von-Karman于1909年推导出来,这便是著名的Von-Karman大挠度方程组。但是,由于Von-Karman方程为八阶非线性耦合方程,求解十分困难,至今尚无精确解。为求解Von-Karman方程,一般采用瑞利-李兹法、能量法、迦辽金法及摄动... 详细信息

板的大挠度方程由Von-Karman于1909年推导出来,这便是著名的Von-Karman大挠度方程组。但是,由于Von-Karman方程为八阶非线性耦合方程,求解十分困难,至今尚无精确解。为求解Von-Karman方程,一般采用瑞利-李兹法、能量法、迦辽金法及摄动法以求得近似解。复变函数最初由原苏联科学家柯索洛夫引入解弹性平面问题,而后由穆什维海尔院士集大成,解决弹性平面问题及一系列孔洞及复杂边界问题,后由萨文、卢尔瓦兹等一批原苏联科学家引入到求解板的小挠度方程问题中。本文进一步将复变函数推广到板的大挠度方程中,得出VonKarman方程在复变函数下的表达式;另外,给出了求解大挠度板复变函数方法的一般步骤,并求解出固支边界圆板的渐近解。

关键词： Von-Karman方程大挠度复变函数摄动

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弹塑性接触问题神经网络计算模型

应用力学学报 2005年第1期22卷 55-58页

作者：任小强陈务军付功义董石麟上海交通大学上海200030

利用神经网络优化计算原理,引入LPNN(Lagrange Programming Neural Network)模型求解弹塑性摩擦接触问题,提高了神经网络计算精度。通过采用非线性函数作为神经元的传递函数,使神经网络的非线性问题同力学的非线性问题得到统一。最后对... 详细信息

利用神经网络优化计算原理,引入LPNN(Lagrange Programming Neural Network)模型求解弹塑性摩擦接触问题,提高了神经网络计算精度。通过采用非线性函数作为神经元的传递函数,使神经网络的非线性问题同力学的非线性问题得到统一。最后对两个简单的弹塑性接触问题进行了数值仿真,验证了算法可行有效。

关键词：弹塑性接触神经网络

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抛物面气囊膜结构受力分析

四川建筑科学研究 2007年第6期33卷 18-20页

作者：姜伟陈务军付功义上海交通大学空间结构研究中心上海200030

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。

关键词：气囊膜结构抛物面受力分析

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结构抗力指标对飞艇囊体变形的影响

哈尔滨工业大学学报 2016年第4期48卷 104-108页

作者：沈克利付功义王凤欣陈永霖上海交通大学空间结构研究中心上海200240

为研究主要结构抗力指标变化下飞艇囊体变形的状态与特征,用数值方法对一类典型飞艇的充气囊体在不同抗力指标下的变形进行了数值分析.分析结果表明：弹性模量对变形的影响是非线性的,泊松比对变形的影响是线性的,弹性模量对变形的影响... 详细信息

为研究主要结构抗力指标变化下飞艇囊体变形的状态与特征,用数值方法对一类典型飞艇的充气囊体在不同抗力指标下的变形进行了数值分析.分析结果表明：弹性模量对变形的影响是非线性的,泊松比对变形的影响是线性的,弹性模量对变形的影响明显强于泊松比;相同工况下,囊体长度与绝对变形量之间为平方关系,与相对变形量之间为线性关系;长细比在4～5时,相对变相量曲线近似为水平直线.因此,选用弹性模量较大的膜材、设计合理的飞艇长度并使长细比控制在4～5范围内,有利于减小飞艇囊体的相对变形.

关键词：飞艇囊体变形数值分析结构抗力指标囊体材料特性飞艇结构几何特性