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自然环境老化ETFE薄膜单轴拉伸力学性能研究

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功能材料 2024年第9期55卷 9001-9006页

作者：张健胡建辉李瑞雄陈务军上海交通大学空间结构研究中心上海200240 上海交通大学海洋工程全国重点实验室上海200030 上海建筑设计研究院有限公司上海200041

ETFE薄膜在自然环境老化后的力学性能是ETFE结构长期使用性能评价的基础。选取在室外自然环境长期使用后的ETFE薄膜,开展了微观形貌表征和宏观力学性能试验,采用能量法确定了自然环境老化ETFE薄膜的屈服点及弹性模量,基于数理统计分析... 详细信息

ETFE薄膜在自然环境老化后的力学性能是ETFE结构长期使用性能评价的基础。选取在室外自然环境长期使用后的ETFE薄膜,开展了微观形貌表征和宏观力学性能试验,采用能量法确定了自然环境老化ETFE薄膜的屈服点及弹性模量,基于数理统计分析了材料力学参数标准值。研究结果表明,自然环境老化作用使ETFE薄膜材料表面微观形貌粗糙,截面褶皱纹理密集,晶粒尺寸增大了7.8%。老化ETFE薄膜破断强度下降显著,屈服应力及弹性模量降低较大,其标准值为11.73、703.2 MPa,降低了14.9%、13.5%。研究扩展了ETFE薄膜材料力学的研究范畴,可为准确评估ETFE结构长期使用性能提供重要的力学参数。

关键词： ETFE薄膜建筑膜结构屈服应力弹性模量晶粒尺寸

基于平面裁切的三角形乙烯-四氟乙烯气枕成形试验及数值模拟

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上海交通大学学报 2016年第3期50卷 377-383页

作者：赵兵陈务军胡建辉邱振宇宋浩蔡晶上海交通大学空间结构研究中心上海200240 上海太阳膜结构有限公司上海200030

基于平面裁切的设计方法，制作了边长为2．5m的正三角形乙烯-四氟乙烯（ETFE）气枕模型，结合自动压力控制、三维摄影测量、激光测量等技术对ETFE气枕进行充气成形试验和测量分析．ETFE气枕经历了0～2kPa的充气加压，压力为2kPa、时间为... 详细信息

基于平面裁切的设计方法，制作了边长为2．5m的正三角形乙烯-四氟乙烯（ETFE）气枕模型，结合自动压力控制、三维摄影测量、激光测量等技术对ETFE气枕进行充气成形试验和测量分析．ETFE气枕经历了0～2kPa的充气加压，压力为2kPa、时间为24h的黏弹性徐变，放气至0kPa、时间为24h的徐变恢复等一体化流程．得到了各状态下的气枕内压值、上膜面整体形态和下膜面矢高值，并基于膜面形态计算出应力分布．通过与充气加压过程的几何非线性有限元分析结果进行比较分析，揭示了ETFE薄膜经历弹性变形、黏弹性徐变、徐变恢复等过程时的深刻力学性能与行为．试验结果验证了基于平面裁切的成形设计方法的可行性，对ETFE气枕结构的推广和应用具有较高价值．

关键词：乙烯-四氟乙烯气枕成形设计方法平面裁切充气成形黏弹性徐变徐变恢复摄影测量

织物膜材弹性参数在应力空间上响应特征及非线性本构分析

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湖南大学学报（自然科学版） 2017年第5期44卷 113-121页

作者：陈建稳陈务军王明洋周涵赵兵姚波高成军南京理工大学理学院江苏南京210094 南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 上海交通大学空间结构研究中心上海200030

为揭示飞艇用层压类膜材弹性参数在平面应力空间上的响应特征,首先以高性能蒙皮材料Uretek3216LV为研究对象开展一系列双轴拉伸试验,获得多比例应力应变关系数据;然后运用MATLAB软件进行数值处理,分析得出应变及弹性参数在应力空间上... 详细信息

为揭示飞艇用层压类膜材弹性参数在平面应力空间上的响应特征,首先以高性能蒙皮材料Uretek3216LV为研究对象开展一系列双轴拉伸试验,获得多比例应力应变关系数据;然后运用MATLAB软件进行数值处理,分析得出应变及弹性参数在应力空间上的响应曲面特征.基于积分加权方法,分析了弹性参数在不同应力水平及应力比例上变化规律.研究发现正交互补性质在蒙皮材料弹性参数计算时的适用性不足,且材料弹性参数表现出明显正交异性特征.另外,层压织物膜材异于均质材料,大泊松比(>0.5)的存在是其经纬纱间复杂相互作用及变形机理的体现.

关键词：层压织物正交互补关系平面应力弹性模量泊松比

拉剪耦合应力对经编织物类膜材双轴撕裂破坏影响机制

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华南理工大学学报（自然科学版） 2021年第10期49卷 78-86页

作者：陈建稳关晓宇张若男夏雨凡陈务军王明洋南京理工大学理学院江苏南京210094 上海交通大学空间结构研究中心上海200030 中国人民解放军陆军工程大学工程兵工程学院江苏南京210007

为探讨拉剪共存应力下织物膜材面内撕裂力学及强度规律,针对典型的经编织物膜材,结合试验与细观数值方法,进行了系列应力比、应力水平、增强膜样式及耦合应力下膜材撕裂破坏特征及强度规律研究,重点挖掘了行为拉剪耦合应力对撕裂强度及... 详细信息

为探讨拉剪共存应力下织物膜材面内撕裂力学及强度规律,针对典型的经编织物膜材,结合试验与细观数值方法,进行了系列应力比、应力水平、增强膜样式及耦合应力下膜材撕裂破坏特征及强度规律研究,重点挖掘了行为拉剪耦合应力对撕裂强度及破坏特征的影响机制。结果表明不同切缝角度及应力比下,可形成3类膜材裂口:“一”、“十”及“Z”型,而破坏模式均为经或纬纱断裂,未出现两向杂糅;经纬应力存在相互协同作用,且对撕裂强度影响显著,不同切缝参数下破坏强度分布曲线在应力空间中差异明显且存在向1∶1强化的特征。增强膜配合应力状态可明显干扰膜材撕裂破坏模式及裂口位置,且增强膜补强效果因应力比高低存在稍许差异。另外撕裂过程中拉剪应力存在耦合关联性,且以拉应力效应为主,而剪应力对裂纹延展及演变的影响不明显。所得结论可为织物膜材局部裂纹止裂及膜结构的安全性评估提供参考。

关键词：经编织物撕裂数值模型剪切拉剪耦合强度

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SMA弹簧驱动的柔性操控臂动力学分析

上海交通大学学报 2021年第8期55卷 1018-1026页

作者：滕亚军陈务军杨天洋敬忠良刘物己上海交通大学空间结构研究中心上海200240 上海交通大学航空航天学院上海200240

结合由智能材料驱动的柔性机器人与正八面体可变几何桁架体系,以正八面体可变几何桁架体系为理论基础,以并联形状记忆合金(SMA)弹簧作为结构驱动体系,设计单节柔性单元.通过几何法建立运动学模型,分析柔性操控臂的动能、弹性势能和重力... 详细信息

结合由智能材料驱动的柔性机器人与正八面体可变几何桁架体系,以正八面体可变几何桁架体系为理论基础,以并联形状记忆合金(SMA)弹簧作为结构驱动体系,设计单节柔性单元.通过几何法建立运动学模型,分析柔性操控臂的动能、弹性势能和重力势能,基于拉格朗日动力学方法获得动力学普遍方程.运用MATLAB软件计算得到单节柔性单元SMA弹簧的驱动力.进行Adams仿真,计算结果和理论计算结果吻合得较好.最后,制作单节柔性操控臂样机并测量不同电流下的转动角度.建模和仿真方法对于其他类型机器人具有借鉴意义.

关键词：形状记忆合金柔性操控臂运动学动力学 Adams仿真

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正八面体单元空间伸展臂研究

宇航学报 1999年第2期20卷 41-47页

作者：陈务军关富玲陈向阳裘红妹浙江大学土木系空间结构研究室上海交通大学空间结构研究中心

空间伸展臂是广泛应用的航天结构。本文分析了正八面体单元伸展臂的构成原理；推导出展开过程的运动轨迹和滑动－转动单元的两种９×９刚度矩阵；建立了在预应力和外载下的受力分析模型。

关键词：空间伸展臂展开过程分析航天结构正八面体

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飞艇主气囊结构湿模态分析与试验研究

振动与冲击 2017年第12期36卷 61-67,82页

作者：邱振宇陈务军赵兵高成军余征跃上海交通大学空间结构研究中心上海200240

为研究飞艇主气囊结构模态特性,将飞艇内、外气体假设为势流体,基于流固耦合理论和势流理论,建立薄膜与内外空气流场共同作用的理论模型。建立充气膜结构数值分析方法,在内、外流场的单面耦合和内、外流场的双面耦合三种情况下,对薄膜... 详细信息

为研究飞艇主气囊结构模态特性,将飞艇内、外气体假设为势流体,基于流固耦合理论和势流理论,建立薄膜与内外空气流场共同作用的理论模型。建立充气膜结构数值分析方法,在内、外流场的单面耦合和内、外流场的双面耦合三种情况下,对薄膜充气管和模型飞艇进行湿模态分析,对比分析单面和双面气固耦合的分析结果,并通过模态试验对分析方法进行验证,结果表明采用双面耦合分析方法分析充气膜结构湿模态最合理;采用此方法对艇长5 m、25 m、50m和100 m以及长细比为1∶3、1∶3.5和1∶4的双轴椭球外形飞艇主气囊在多种内压条件下进行湿模态分析,表明固有频率与艇长成反比,而长细比与内压对固有频率影响小。分析结果可以为飞艇的结构设计以及复杂充气膜结构模态分析提供参考。

关键词：飞艇主气囊模态分析势流体湿模态流固耦合

浮空器蒙皮膜复合材料单轴拉伸力学性能及弹性常数

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复合材料学报 2017年第1期34卷 224-230页

作者：何世赞陈务军高成军李纯江梦何巍上海交通大学空间结构研究中心上海200240 中国特种飞行器研究所湖北荆门448000

对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析,给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律;得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的... 详细信息

对新型飞艇蒙皮材料在0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°七个偏轴方向单轴拉伸循环试验结果进行了分析,给出了残余应变和弹性模量随循环次数的变化规律;得出了由单层板理论推导出的关于弹性模量的本构关系对各功能膜层压合成的平纹织物膜复合材料适用性较差。使用VIC-2D数字散斑测量系统测出膜材在拉伸过程中的位移场和应变场,通过位移场求膜材的泊松比和通过应变场验证分析膜材拉伸破坏机制,并可以预测断口形态和位置。采用两种不同规格的试样测试膜材的单轴拉伸强度,通过对比发现采用试样3更能反应材料Uretek5876实际强度。本文工作对该材料应用于飞艇结构设计和分析具有参考价值。

关键词：浮空器蒙皮膜材单轴拉伸 VIC-2D 泊松比弹性模量

大尺度空间薄膜地面振动试验网格膜等效理论分析与数值模拟

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载人航天 2019年第4期25卷 419-424页

作者：张祎贝陈务军谢超彭福军上海交通大学空间结构研究中心上海200240 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对薄膜结构对空气阻力效应敏感、难以进行全尺寸地面动力学验证试验的问题,提出采用网格膜作为矩形膜面的等效结构进行地面动力学验证试验。建立了矩形膜面与网格膜的动力学等效准则,对网格膜的预应力场及结构参数进行了限定。算例数... 详细信息

针对薄膜结构对空气阻力效应敏感、难以进行全尺寸地面动力学验证试验的问题,提出采用网格膜作为矩形膜面的等效结构进行地面动力学验证试验。建立了矩形膜面与网格膜的动力学等效准则,对网格膜的预应力场及结构参数进行了限定。算例数值模拟表明,在该等效准则的约束下,网格膜与矩形膜面具有基本一致的动力学特性。同时,声固耦合仿真验证了网格膜对空气阻力效应不敏感。

关键词：薄膜结构网格膜结构动力学等效准则空气阻力效应声固耦合