收藏本站
《东南大学》 2006年 博士论文
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

建筑膜结构的找形与裁剪分析及膜内张力的超声波测试方法研究

麻海燕  
【摘要】: 现代膜结构是在新型膜材料基础上发展起来的一种新型结构形式,因其自重轻、施工周期短、透光性好、丰富的建筑表现力等优点而在体育建筑、公共建筑等方面得到了广泛应用。膜材料是一种柔性的,具有强非线性和各向异性的材料,膜结构的设计在很大程度上取决于膜材料的性能,了解膜材料的特性对于膜结构的设计至关重要。建筑膜结构由柔性薄膜张拉而成,依赖于结构的几何曲面和膜内张力来提供必需的刚度,膜结构设计的首要步骤是找形分析,其目的是找出满足建筑要求的空间形状及与之对应的张力分布。裁剪分析是膜结构特有的一个分析步骤,其目的是将由找形得到的预应力状态的空间曲面进行剖分、转换成无应力的平面下料图,以便将平面膜材热合成整体,再施加预应力以张成设计曲面。合适的膜内张力是膜面能够张成并承受荷载的保证,方便快捷的对膜内张力进行现场测量是保证膜结构施工质量的要求。 针对上述几点,本文的主要内容如下: 1.概述了建筑膜结构的发展历史及其应用现状,对膜结构的设计内容及其国内外研究现状进行了详尽的论述。 2.对一种PVDF涂层的聚酯纤维膜材进行实验研究。制作了经向、纬线和45°斜向的条状单轴试件和十字形双轴实验试件,分别进行了单轴拉伸和双轴拉伸实验,其中双轴实验采用了自行设计的实验装置。通过单轴实验确定了膜材不同方向的单轴拉伸强度,全程拉伸曲线。双轴拉伸实验则得到了膜材的弹性模量和泊松比等参数,并深入了解膜材的变形性能,全面理解了膜材的材料特性,为后续的结构分析奠定了基础。 3.从板壳力学的平衡方程出发,证明了膜内各点处处相等的膜内应力分布将得到最小曲面,而平衡应力分布则得到平衡曲面。 4.应用动力阻尼的动力松弛法进行了膜结构的找形分析。动力松弛法解几何非线性问题的一个显著优点是不需要计算结构的整体刚度矩阵和求解整体刚度矩阵方程,然而它所需要的迭代次数较多。本文在找形过程中根据结构位形的变化重新计算节点刚度、质量,不断调整计算参数,从而加快计算的收敛。算例说明,用改进后的动力松弛法进行膜结构的找形分析,与在整个找形过程中采用同一计算参数相比较,大大减少了迭代次数。由于忽略膜内剪切刚度,找形过程中单元变形较大,可通过结点坐标多步提升到位来解决问题。 5.本文给出了两种膜结构曲面模拟的方法,通过对找形得到的散乱节点进行分片二元三次样条插值,得到整体C0连续和C1连续的光滑曲面,适用于任意多边形区域。两种插值方法均能给出膜曲面的满意表现。C1插值曲面的误差远小于C0插值曲面。对两种插值方法,模拟曲面的误差均随着初始网格尺度与平面总尺寸的比值减小而下降,在初始网格尺度与平面总尺寸的比值小于1/8之后,拟合曲面的精度变化随该比值的下降变化值逐渐不明显。 6.曲面上的测地线与平面上的直线有许多相似的性质,测地线的直线性质使其成为最适宜的也是目前应用最为广泛的裁剪缝。可以证明,连接平滑曲面上任意两点的弹性细丝当拉紧时具有测地线的形状。本文在曲面上指定两点间引入弹性索,使其在曲面上自由滑移,并用动力松弛法寻找其平衡位置,即得测地线轨迹。 7.采用测地线划分曲面,应用最小极值法进行曲面的展开。首先将曲面离散为空间三角形网格,假设曲面已近似展开为平面,调整展开平面中各节点的位置,使平面网格中各三角形的边长曲面网格中对应的边长之差最小,从而求得空间曲面的平面近似展开。本文将上述展开过程归纳为一个无约束的极值问题,并用蒙特卡洛法求解非线性方程。对于曲面上测地线的寻找和空间曲面展开分别给出了算例,用可展曲面圆柱面验证提出方法的正确性,并应用提出的方法给出了一个菱形马鞍膜面的裁剪样式。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姚晓平;徐彦;;离散微分几何在膜结构设计中的运用[J];低温建筑技术;2006年05期
2 温世峰;支希哲;;基于Matlab的膜结构动力松弛法找形分析[J];河南科技大学学报(自然科学版);2008年01期
3 张奕淦;ANSYS在张力膜结构找形分析中的应用[J];华南农业大学学报(社会科学版);2005年03期
4 何爱军,王珊;膜结构初始形态确定的研究[J];北方工业大学学报;2005年03期
5 宋雄彬;;新型建筑材料——膜材[J];广东建材;2006年10期
6 陈志华;闫翔宇;;两种常用膜材料PTFE和ETFE[J];建筑知识;2007年04期
7 郑昊;古娟妮;王娜;;索膜结构基于非线性有限元法的ANSYS找形分析[J];四川建筑;2010年01期
8 毛国栋,孙炳楠,唐志山;控制网格变形的动力松弛法膜结构找形分析[J];浙江大学学报(工学版);2004年05期
9 邹伟宁;;某体育馆膜结构设计探讨[J];工程建设与设计;2006年03期
10 钱基宏,宋涛;张拉膜结构的找形分析与形态优化研究[J];建筑结构学报;2002年03期
11 张琴;曹国辉;;膜结构找形分析中的二次节点平衡法策略[J];广东土木与建筑;2008年11期
12 苏建华;韩大建;徐其功;;考虑与弹性支承相互作用的膜结构找形分析[J];工业建筑;2006年02期
13 刘开国;;气枕式ETFE膜结构的找形分析[J];空间结构;2009年04期
14 麻海燕,单建;张拉膜曲面及其动力松弛法找形过程[J];工业建筑;2005年08期
15 刘建忠;徐彦;关富玲;;张力膜结构裁剪设计方法[J];空间结构;2007年02期
16 钮键;王丽;;浅谈膜结构在景观设计中的应用[J];山西建筑;2008年14期
17 王辉;方兴;;膜结构找形及张拉过程的统一数值模拟[J];四川建筑科学研究;2010年01期
18 王宇纬;孙中秋;;浅谈绿色建筑理念下的膜结构问题[J];河南建材;2010年04期
19 黄群,关富玲,舒宏敏;浙江工业大学体育场膜结构设计及拱与膜的连接分析[J];钢结构;2005年02期
20 李辉;刘振华;冯维明;;控制网格变形的膜结构找形新方法[J];工业建筑;2007年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李辉;冯维明;;膜结构找形分析方法综述及展望[A];第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2006年
2 高柏峰;张凤文;;膜结构找形影响因素分析[A];第二届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2002年
3 韩大建;宋雄彬;王海涛;;膜结构找形分析的动力松弛法[A];计算机技术在工程建设中的应用——第十二届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2004年
4 古娟妮;王海涛;韩大建;;膜结构的动力松弛法与ANSYS找形分析[A];第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2006年
5 古娟妮;王海涛;韩大建;;膜结构的动力松弛法与ANSYS找形分析[A];计算机技术在工程建设中的应用——第十三届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2006年
6 崔涛;李学义;;某体育场看台膜结构工程设计与施工[A];山东土木建筑学会建筑结构专业委员会2008年学术年会论文集[C];2008年
7 钱基宏;;膜结构的“形态优化”[A];庆贺刘锡良教授执教五十周年暨第一届全国现代结构工程学术报告会论文集[C];2001年
8 熊维;;浅析膜结构的找形与设计[A];第14届全国结构工程学术会议论文集(第三册)[C];2005年
9 刘艳;赵伟;;ANSYS在膜结构找形中的应用[A];第七届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2007年
10 沈燕华;王勇;;膜结构裁剪膜片展开的约束最小二乘法[A];计算机技术在工程建设中的应用——第十二届全国工程建设计算机应用学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 麻海燕;建筑膜结构的找形与裁剪分析及膜内张力的超声波测试方法研究[D];东南大学;2006年
2 毛国栋;索膜结构设计方法研究[D];浙江大学;2004年
3 李阳;建筑膜材料和膜结构的力学性能研究与应用[D];同济大学;2007年
4 张志宏;大型索杆梁张拉空间结构体系的理论研究[D];浙江大学;2003年
5 张伍连;机织建筑膜材料非线性粘弹塑拉伸性能研究[D];东华大学;2011年
6 万红霞;索和膜结构形状确定理论研究[D];武汉理工大学;2004年
7 杨永强;PPESK中空纤维超滤膜、纳滤膜的研究[D];大连理工大学;2006年
8 夏劲松;索膜结构的构造理论和柔性天线的结构分析[D];浙江大学;2005年
9 张海博;磺化聚芳醚酮聚合物系列质子交换膜材料的合成及性能研究[D];吉林大学;2005年
10 程大业;悬索结构分析的精确单元方法[D];清华大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘英贤;应用无网格法分析膜结构找形问题的初步研究[D];昆明理工大学;2006年
2 卢迎华;张拉膜结构的找形分析研究[D];暨南大学;2006年
3 张月月;基于ANSYS的薄膜结构找形分析和荷载分析[D];西安建筑科技大学;2009年
4 张存炜;超临界流体过程制备非对称有机膜的实验研究[D];大连理工大学;2006年
5 肖正直;张拉索膜结构体系及其施工技术研究[D];重庆大学;2004年
6 程晓艳;张拉膜结构的找形和裁剪分析[D];合肥工业大学;2004年
7 刘小聪;索网找形与静力性能计算研究[D];西南交通大学;2006年
8 韩智辉;索膜结构找形与荷载分析研究[D];西安建筑科技大学;2008年
9 王欣;膜结构支座位移影响分析及工程应用[D];浙江大学;2006年
10 陆鉴恒;索膜结构动力松弛法的研究与改进[D];华中科技大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张迈建;膜材料=“魔”材料[N];中国纺织报;2007年
2 本报记者 陈璞;膜结构成就奥运游泳馆[N];大众科技报;2006年
3 本报记者 张超;揭开“鸟巢”膜面纱[N];科技日报;2006年
4 宋斌斌;首创膜结构 水立方年节能9%[N];中国工业报;2008年
5 仲伟;二OO九国际膜结构展将在上海举办[N];建筑时报;2009年
6 北北;国家旅游中心水立方外层膜结构完工[N];中华建筑报;2006年
7 李良树 刘文光 徐其功;膜结构——体育场馆的新宠[N];建筑时报;2006年
8 严慧 翁晓博 艾威;我国膜结构的成就、进展与思考[N];中国建设报;2006年
9 张之秋;玻璃纤维与建筑膜结构材料简述[N];中国建材报;2008年
10 旭光;“水立方”外层膜结构完工[N];中国体育报;2006年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978