手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
ETFE薄膜是氣枕式膜結構最為常用的覆面材料。通過向兩層或多層邊緣熱合封閉的ETFE薄膜內充氣而形成的結構稱為ETFE氣枕。20世紀80年代，ETFE氣枕首次作為圍護結構被用于植物溫室改造。隨著建造技術和材料工藝的發展，ETFE氣枕開始應用于體育場館和展覽館等大型建筑工程中。作為一種新型圍護結構，目前國內外關于ETFE氣枕的研究報道較少。近年來，隨著國家游泳中心等一批氣枕式膜結構工程的建設，國內學者展開了ETFE氣枕的數值模擬和試驗研究。
形態分析是ETFE氣枕荷載分析的前提，文獻首先在小彈性模量下尋找等應力曲面，然后在正常彈性模量下施加內壓得到ETFE氣枕的最終形態。張建等則提出了一種先小彈性模量下找形，然后超大彈性模量下找態的兩階段形態分析方法。荷載分析中，應準確考慮內充氣體的影響。已有研究中通常將內充氣體視為可變壓力，將求解內充氣體體積和壓力的子程序與有限元分析軟件ANSYS相結合，以考慮內壓變化的影響。盡管該方法實現了對ETFE氣枕荷載分析的有效模擬，但由于需要自編程序以計算內壓，操作復雜；此外，上述方法忽略了內充氣體的質量效應，不宜用于氣枕動力分析。
為了驗證數值模擬方法的正確性，學者們展開了ETFE氣枕的形態測試和加載測試，采用的測試手段包括全站儀、位移計、刻線法及數字攝影測量技術等。由于已有測試多采用縮尺模型，初始缺陷和邊界效應影響顯著。為了方便測量和降低誤差，試驗中往往使氣枕的內壓遠高于正常值，但這不利于獲得ETFE氣枕的真實力學性能。且已有試驗主要測試荷載作用下的膜面變形，尚沒有對氣枕內壓進行詳細測量。此外，已有試驗研究主要為ETFE氣枕的靜力測試，氣枕動力特性測試鮮有涉及。ETFE氣枕屬于輕柔結構，動力測試時采用傳統加速度傳感器會產生附加質量和附加剛度，且不易安裝，這對測試設備和技術提出了更高要求。
在航天領域，國內外學者對航天器中的充氣膜結構進行了大量動力測試，使用的傳感器主要為智能材料加速度計和激光位移計。前者質量較輕，但由于需要連接導線，仍會對充氣膜結構的動力特性造成一定影響；后者采用非接觸式測量技術，不產生附加質量，但對測試距離和角度有更為嚴格的要求。然而，由于ETFE氣枕在幾何形式、材料類型、設計載荷及使用環境等方面與航天器中的充氣結構有較大差異，故無法直接引用航天領域的研究成果。為此，設計并制作了1個足尺ETFE氣枕模型，旨在通過形態測試、加載測試及自由振動測試研究 ETFE氣枕的靜、動力性能，驗證數值模擬方法的準確性和適用性，為ETFE氣枕的設計和分析提供參考。
測試模型為正六邊形ETFE氣枕，邊長為2m。按設計規定，正六邊形氣枕的跨度L定義為其內切圓直徑。經計算，模型跨度為3.464m。氣枕上、下層膜面按照等矢高設計，矢跨比取8%。由于裁剪膜材焊接及安裝后膜面矢高會較理論值有所減小(模型矢高減小約5%) ，為保證氣枕充氣后矢高仍滿足設計要求，文中用于膜材裁剪的找形分析結果略高于理論值。氣枕膜材選用透明ETFE膜，厚度為250μm，密度1750kg/m2，切線彈性模量830MPa。氣枕的固定底座高1m，由焊接成整體的六邊形鋼梁和4根支柱組成。鋼梁采用100mm×200mm方鋼管型材，支柱采用直徑100mm圓鋼管型材，壁厚均為4.5mm。
ETFE氣枕部分的加工及底座鋼構件切割在工廠完成，模型的整體裝配及焊接在實驗室現場進行。氣枕上、下層膜面均由3片ETFE薄膜熱合而成，各設置兩道平行焊縫。采用微型電動氣泵充氣至內壓為300Pa并檢測氣枕矢高和褶皺程度是否符合設計要求(矢高誤差1%內，膜面絕大部分光滑無褶皺)。
專業從事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技術服務與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司m.zhaojia007.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！