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双层膜结构体育馆夏季热环境监测与分析

上海交通大学学报 2023年第2期57卷 183-193页

作者：宋寅搏阴悦闫勇升王晓情陈务军任思杰上海交通大学空间结构研究中心上海200240 上海海勃膜结构有限公司上海200240

膜结构屋面因其对自然光源的充分利用和形式灵活等优势而在体育场馆等大跨度建筑中广泛应用,为解决其保温隔热性能差、易受外界环境因素影响等突出问题,多层膜结构设计、铺设保温层等方案被应用于工程实践,但热环境监测及分析的相关研... 详细信息

膜结构屋面因其对自然光源的充分利用和形式灵活等优势而在体育场馆等大跨度建筑中广泛应用,为解决其保温隔热性能差、易受外界环境因素影响等突出问题,多层膜结构设计、铺设保温层等方案被应用于工程实践,但热环境监测及分析的相关研究仍存在空白.为了研究双层聚四氟乙烯-气凝胶屋面体育馆的热环境,多点均匀布置测温仪进行监测,利用实测数据构建整体温度场;建立能够准确反映温度场变化的热物理模型,平均误差小于5%;以屋面保温层铺设为变量,基于该模型(原始工况)构建了无保温层、仅岩棉保温层和全为气凝胶保温层3种工况.对比发现,气凝胶的铺设使得室内空间的平均温度降低了2.0℃;原始工况的保温隔热效果最佳,室内外平均温差为9.6℃,研究可为膜结构屋面的保温隔热设计提供参考.

关键词：膜结构热环境封闭式体育馆气凝胶

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考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪研究

建筑结构学报 2022年第9期43卷 286-293页

作者：杨燕卿强龚景海庞妍上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要,然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行,这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作... 详细信息

膜结构的真实应力状态对于荷载分析至关重要,然而荷载分析通常在与设计应力相对应的找形形态上进行,这样可能导致无法发现潜在的结构隐患。提出了一种考虑焊缝影响的膜结构优化裁剪及组装分析的方法。该方法通过将二维单元的节点坐标作为关键点,基于初始裁剪膜片迭代进行几何非线性有限元分析得到优化裁剪膜片,并通过膜片组装和平衡分析得到真实应力状态使最终形状最接近设计形状。在裁剪和组装平衡分析中将焊缝模拟为索单元来考虑焊缝长度方向的影响,通过修正膜单元的纬向模量来考虑焊缝宽度方向的影响。通过三个经典算例(中国帽模型、充气球模型、鞍型模型),分别进行了裁剪过程中是否考虑焊缝影响的对比分析,考虑焊缝得到的组装形态与设计形状的偏差分别降低了31.7%、96.4%、46.2%,证明了该方法可以保证实际组装形态的形状更接近设计形状。

关键词：膜结构焊缝裁剪分析组装分析真实应力分布

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膜结构极小曲面找形的一种自适应有限元分析

工程力学 2019年第1期36卷 15-22页

作者：袁驷蒋凯峰邢沁妍清华大学土木工程系土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

找形分析是膜结构设计中的关键环节,但在数学上,膜结构的极小曲面找形分析是一个高度非线性问题,一般无法求得其解析解,因此数值方法成为重要工具。近年来,基于单元能量投影法(EEP法)的一维非线性有限元的自适应分析已经取得成功,基于EE... 详细信息

找形分析是膜结构设计中的关键环节,但在数学上,膜结构的极小曲面找形分析是一个高度非线性问题,一般无法求得其解析解,因此数值方法成为重要工具。近年来,基于单元能量投影法(EEP法)的一维非线性有限元的自适应分析已经取得成功,基于EEP法的二维线性有限元自适应分析也被证实是有效、可靠的。在此基础上,该文提出一种基于EEP法的二维非线性有限元自适应方法,并成功将之应用于膜结构的找形分析。其主要思想是,通过将非线性问题用Newton法线性化,引入现有的二维线性问题的自适应求解技术,进而实现二维有限元自适应分析技术从线性到非线性的跨越,将非线性有限元的自适应分析求解从一维问题拓展到二维问题。该方法兼顾求解的精度和效率,对网格自适应地进行调整,最终得到优化的网格,其解答可按最大模度量逐点满足用户设定的误差限。该文综述介绍了这一进展,并给出数值算例用以表明该方法的可行性和可靠性。

关键词：膜结构极小曲面非线性自适应有限元二维问题单元能量投影

伞形膜结构在冰雹荷载作用下的非线性动力响应

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第3期45卷 79-89页

作者：张作亮刘长江郑周练刘坚张梦佳广州大学土木工程学院广州510006 国网四川省电力公司南充供电公司四川南充637000 重庆大学土木工程学院重庆400045

对伞形张拉膜结构在自然灾害等外荷载冲击下的振动反应进行研究,为实际工程膜结构建筑受灾破坏分析提供依据。基于冯·卡门大挠度理论和薄板振动理论,建立伞形张拉膜结构在冰雹荷载作用下的非线性动力响应控制方程。采用贝塞尔函数及欧... 详细信息

对伞形张拉膜结构在自然灾害等外荷载冲击下的振动反应进行研究,为实际工程膜结构建筑受灾破坏分析提供依据。基于冯·卡门大挠度理论和薄板振动理论,建立伞形张拉膜结构在冰雹荷载作用下的非线性动力响应控制方程。采用贝塞尔函数及欧拉方程求得其振型函数,再运用KBM摄动法和迦辽金法对控制方程求解,得到其动力响应的近似解析解。利用Mathmatics软件对方程进行求解并对求解后的数据进行整理,通过Origin绘图软件画出膜面受迫振动后的时程位移图。采用ANSYS软件建立伞形张拉膜结构的有限元模型;再通过LS-DYNA显示动力学模块对冰雹冲击膜面的动力过程进行模拟,得到膜面动力响应的结果。同理,画出数值模拟结果的位移图,将整理后的理论与数值分析数据结果进行对比分析,结果表明,理论解析和数值分析结果吻合。

关键词：膜结构冰雹荷载非线性动力响应时程位移

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膜结构撕裂破坏的数值模拟研究

膜结构撕裂破坏的数值模拟研究

作者：周佳霖哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

撕裂是膜结构最主要的破坏形式。在极端荷载下膜材内部的初始缺陷(小裂缝)尖端易出现应力集中,因此膜结构可能在低于承载力设计值的膜面应力下发生撕裂破坏。根据《膜结构技术规程》(CECS 158:2015)目前膜结构设计采用概率极限状态设计... 详细信息

撕裂是膜结构最主要的破坏形式。在极端荷载下膜材内部的初始缺陷(小裂缝)尖端易出现应力集中,因此膜结构可能在低于承载力设计值的膜面应力下发生撕裂破坏。根据《膜结构技术规程》(CECS 158:2015)目前膜结构设计采用概率极限状态设计法,设计中仅针对结构的强度与挠度验算,对于膜结构缺陷敏感易于破坏的问题仅通过取用较大的抗力分项系数与强度折减系数来保证结构安全。现有的膜材撕裂问题的研究多围绕小试件情况展开,缺乏结构层面上外荷载作用下膜材撕裂过程的模拟。本文将基于研究团队对建筑织物类膜材撕裂性能研究,通过对膜结构撕裂破坏数值模拟方法进行比选、改进与简化,实现膜结构撕裂破坏过程的数值模拟,并对具体的膜结构形式展开撕裂性能研究,主要内容如下:(1)根据织物类膜材弹性-损伤-断裂本构模型,通过编写材料子程序在ABAQUS软件上进行二次开发,利用有限元框架下的单元失效技术,实现膜结构在外荷载作用下撕裂破坏过程的数值模拟,并结合具体算例对模拟方法进行验证。(2)对平面张拉膜结构的撕裂性能展开数值模拟研究。通过参数分析探究初始缺陷参数、材料参数、预张力、结构尺寸等因素对结构承载能力的影响,获得定性结论。(3)采用基于节点的子模型技术对膜结构撕裂模拟过程进行简化,将膜结构撕裂破坏模拟划分为整体受力分析与局部区域撕裂破坏分析两部分,大幅度提高分析效率,并用该方法对鞍形膜结构关键部位的撕裂性能展开研究。(4)在考虑裂尖损伤区的膜材剩余强度预测理论的基础上提出考虑经纬向应力比的容许缺陷尺寸估算方法,进一步简化膜结构撕裂性能的研究过程,并用该方法分析获得鞍形膜结构风雪荷载下最大容许缺陷尺寸与缺陷不利位置。

关键词：膜结构撕裂破坏结构剩余强度本构模型子模型法

纺膜参数对PVC中空纤维膜结构与性能的影响

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膜科学与技术 2024年第2期44卷 37-44页

作者：蔡新宇张凯王露程亮魏永明杨虎马晓华许振良化学工程联合国家重点实验室华东理工大学化学工程研究所膜科学与工程研发中心上海200237

以聚氯乙烯(PVC)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,采用非溶剂致相分离(NIPS)法,通过改变纺膜参数制备了PVC中空纤维膜.结果表明:所制得的中空纤维膜具有致密皮层,断面为海绵孔与指状孔共存结构,纯水通量可达314 L/(m^(2)·h),BSA截留率可达95.... 详细信息

以聚氯乙烯(PVC)和醋酸纤维素(CA)为膜材料,采用非溶剂致相分离(NIPS)法,通过改变纺膜参数制备了PVC中空纤维膜.结果表明:所制得的中空纤维膜具有致密皮层,断面为海绵孔与指状孔共存结构,纯水通量可达314 L/(m^(2)·h),BSA截留率可达95.0%,断裂强度22 MPa.此外,细中空纤维膜可在0.6 MPa压力以下稳定运行,并可对自来水中的有机物深度脱除49.30%.

关键词：聚氯乙烯(PVC) 中空纤维膜 NIPS法膜结构

暴雨荷载作用下伞形膜结构动力响应的理论与试验研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 70-79页

作者：王梦斐刘长江刘坚谢海兵姜苏徐钟成都理工大学环境与土木工程学院成都610059 广州大学土木工程学院广州510006 广东省复杂钢结构工程技术研究中心广州510006

研究了伞形膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应问题。通过研究雨滴谱、雨滴体积占有率、雨滴降落末速度等暴雨荷载的计算参数,建立了雨荷载计算模型。利用Ansys和Fluent有限元分析软件对伞形张拉膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应进行分... 详细信息

研究了伞形膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应问题。通过研究雨滴谱、雨滴体积占有率、雨滴降落末速度等暴雨荷载的计算参数,建立了雨荷载计算模型。利用Ansys和Fluent有限元分析软件对伞形张拉膜结构在暴雨荷载作用下的动力响应进行分析,并得到其动力响应规律。进行了人工模拟暴雨荷载试验,模拟了三种不同强度的暴雨荷载对伞形膜结构的作用,并将试验所得结果与数值模拟结果进行了比较。研究结果表明,虽然极端暴雨不能使膜结构直接发生破坏,但暴雨荷载会使膜面产生松弛,松弛率最高达到11.0%,平均为8.14%,从而降低其失稳临界风速,而影响结构安全。研究结果为张拉膜的安全设计提供了相应的理论参考依据,丰富了膜结构设计、建造和维护理论。

关键词：膜结构暴雨荷载动力响应人工降雨膜松弛

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膜结构在我国的应用回顾和未来发展

建筑结构 2019年第19期49卷 55-64页

作者：张其林同济大学土木工程学院

回顾了过去20年来膜结构在我国的发展历史,列举了膜结构在不同类别建筑物中的工程应用情况,如商业和办公建筑、文化和展览建筑、机场和车站建筑、体育场馆等,并选取各类建筑中的典型膜结构工程实例作了介绍和说明,最后从膜材料领域、支... 详细信息

回顾了过去20年来膜结构在我国的发展历史,列举了膜结构在不同类别建筑物中的工程应用情况,如商业和办公建筑、文化和展览建筑、机场和车站建筑、体育场馆等,并选取各类建筑中的典型膜结构工程实例作了介绍和说明,最后从膜材料领域、支承结构体系、多功能膜结构、气承和充气膜结构以及膜结构的研究、检测和监测、修复和更换等角度分析和展望了膜结构在我国的进一步发展前景。

关键词：膜结构膜材料结构体系发展趋势

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MEMS压力传感器新型膜结构设计与优化

机械设计 2022年第3期39卷 61-67页

作者：卢鹏张顺星于慧君彭倍周吴电子科技大学机械与电气工程学院四川成都611731

提出了一种新型的压力膜结构来实现MEMS压力传感器的高灵敏度与低非线性度。通过在压力膜上设计出短窄梁结构来形成高应力集中区域及将方形压力膜改为椭圆弧瓣状压力膜的方法来提高传感器的灵敏度;通过在压力膜的受压表面上边缘处设计... 详细信息

提出了一种新型的压力膜结构来实现MEMS压力传感器的高灵敏度与低非线性度。通过在压力膜上设计出短窄梁结构来形成高应力集中区域及将方形压力膜改为椭圆弧瓣状压力膜的方法来提高传感器的灵敏度;通过在压力膜的受压表面上边缘处设计出方岛结构及在压力膜背面设计十字架梁结构来降低传感器的非线性度。最后,利用有限元方法对新型压力膜的力学性能进行仿真分析,建立了膜结构尺寸与力学性能之间的关系模型并完成了膜结构优化,通过与其他膜结构对比表明:文中提出的膜结构具有最大的薄膜应力能实现高灵敏度,较低的薄膜最大变形可保证高线性度。

关键词： MEMS 压力传感器膜结构有限元结构优化