考虑裁切效应的膜结构找形优化与全过程精确分析理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51278299
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0805.工程材料
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

The analytical states and numerical computation procedures are firstly proposed for the whole process of membrane structures. On the basis of form finding and cutting of standard design method, the 2D cut panels are mapped to 3D surface with transformation technique, introducing accurate constitutive of membrane, the form finding optimization considering patterning is developed through Update Reference Strategy, which is subjected to minimization of 'stress difference' energy. By prestress releasing, the idealized zero-stress state is calculated iteratively with specific stress field and constitutive law taken into account. In addition,the cutting and patterning method is considered, as well as the effects of surface undevelopability, the constructed zero-stress state is computated sequentially with Update Reference Strategy. Based on the idealized zero-stress state, the prestress developing analysis is established, and the prestress developing mechanism is evaluated thoroughly. Furtherly, on the basis of the constructed zero-stress state, assuming the multi particale-spring system, the forming analysis is proposed through the Euler integration of kinetic equation, which include membrane slack, wrinkle and self-interfere action. Based on the prestressed state, considering high therm and therm-wind coupling, the advanced structural behavior is investigated comprehensively for the mechanically stressed and penumatic-stressed membrane, respectively. Costa's tensile surface and three-layer ETFE cushion prototype with thin film photovoltic will be manufactured respectively. The advanced test-up needs development to testify the forming, stress releasing and developing through high precision surveying of form and stress field, and finally demonstrate the theoretic algorithm. To implement the computation algorithm, computer code will be developed accordingly. The close combination of theory and engineering application will promote the development of structural analysis theory and design technology of new membrane structures.
提出膜结构设计分析全过程的数理状态、数理分析模型;基于膜结构初次找形、裁切,建立2D膜裁片3D膜面映射关系,引入膜精确本构,以应力偏差能量最小为目标函数,应用修正位形方法,建立考虑裁切效应的膜找形分析优化理论;根据找形优化平衡形态,考虑膜本构、应力场,通过预应力释放分析求理想零应力态;以找形优化平衡态为基础,考虑裁切方法及效应,通过位形迭代应力释放求构形零应力态;基于理想零应力态,建立预应力导入分析方法,研究预应力导入机理;基于构形零应力态,采用多质点-弹簧模型,考虑膜松弛褶皱和自接触,应用欧拉法求解,建立成形分析理论,研究成形机理与形态控制方法;基于预应力态,考虑多场耦合,研究膜结构精细行为特征。研制Costa曲面张拉膜、三层ETFE气枕,设计先进试验方案,分别模拟膜面成形、应力导入,精确测试,验证分析理论。针对所研究理论开发软件,将理论与工程结合,促进膜结构设计分析理论和技术发展。

结项摘要

薄膜航天器、浮空器以及新型建筑膜结构对其形态和安全性具有高于一般建筑膜结构的技术要求,须采用精细设计分析方法以实现“控形控性”。.项目提出和完善了膜结构全过程精细设计方法,基于找形、裁切、焊接、张拉/充气成形的物理过程,定义其物理状态及过程力学模型,提出12个状态9个过程分析;将膜面等效为膜线,基于找形平衡形态几何和应力,考虑膜材精细本构模型,采用M-P广义逆求最优解,通过释放边界和泄压模拟,迭代计算零应力态;基于找形平衡态,采用测地线裁切,由节点不平衡力最小展平膜面(3D至2D),考虑大转动、大位移、小应变,将2D膜裁切片“张拉”至3D测地线,构建新找形平衡形态,从而实现考虑裁切效应的成形过程分析。.膜材的力学行为和本构模型是准确分析膜结构形态和响应的基础。项目完善了多功能双轴拉伸试验机系统及测试和分析方法,建立了以双轴拉伸为核心的织物膜材测试方法,包括双轴拉伸弹性常数、双轴剪切、双轴撕裂、双轴拉伸强度,并以此为基础建立织物膜材的弹性力学模型、应力空间相关性非线性力学模型及残余应变模型、剪切力学模型,并应用于膜结构技术规程及飞艇结构设计;ETFE为热塑性薄膜,进行不同应变率等温拉伸试验、高低温试验、低周循环试验、徐变试验、徐变恢复试验、DMA试验、高温徐变试验等,深入揭示ETFE薄膜率-温度-时间相关非线性力学行为机理与特征,分别基于经典粘弹塑性力学理论模型、高分子理论、广义Maxwell模型、Kelvin-voigt模型,研究了ETFE薄膜非线性力学模型,包括:率相关模型、时温相关模型、徐变模型等。.针对复杂构型充气尾翼、椭球飞艇、四边形PV-ETFE气枕、三角形ETFE气枕等,研制了试验模型、无接触摄影形态测量系统,测试了热载荷、均匀外气压、激振作用下膜结构的变形、应变、动态响应,验证了材料本构模型、数值分析方法。.项目研究成果对膜结构精细设计及相关基础理论重要具有推动作用。

项目成果

期刊论文数量(45)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(2)
乙烯-四氟乙烯薄膜循环拉伸的黏弹塑性本构模型
  • DOI:
    10.16183/j.cnki.jsjtu.2016.11.001
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    游晋;胡建辉;陈务军
  • 通讯作者:
    陈务军
Theoretical and experimental analyses of poisson ratios for plain-woven fabrics
平纹织物泊松比的理论与实验分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Dong Hua University (english Edition)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Chen, Jianwen;Chen, Wujun
  • 通讯作者:
    Chen, Wujun
氟化乙丙烯薄膜单轴拉伸力学性能试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李纯;陈务军;何世赞
  • 通讯作者:
    何世赞
Natural vibration and wind-induced response analysis of the non-fully symmetric Geiger cable dome
非完全对称盖革索穹顶自振及风致响应分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Journal of Vibroengineering
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Zhang Limei;Chen Wujun;Dong Shilin
  • 通讯作者:
    Dong Shilin
ETFE薄膜双层气枕结构试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵兵;陈务军;何艳丽;宋浩
  • 通讯作者:
    宋浩

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其他文献

基于流固耦合的氦气囊非稳定形态机理分析
  • DOI:
    10.13849/j.issn.1006-6578.2020.02.011
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    段永洪;陈务军;张大旭;袁行飞;艾科热木江·塞米;鲁国富
  • 通讯作者:
    鲁国富
基于离散元的涂层织物拉伸力学性能研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张大旭;陈务军;何世赞;刘彧
  • 通讯作者:
    刘彧
柔性椭球及其在索杆体系结构特性分析中的应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈务军;杜贵首;任小强
  • 通讯作者:
    任小强
飞艇囊体膜材弹性常数双向拉伸测试与分析方法
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    空间结构
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈务军;黄赛帅;董石麟
  • 通讯作者:
    董石麟
索网结构找形平衡形态弹性化与零应力态分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    上海交通大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    董石麟;陈务军;张丽梅
  • 通讯作者:
    张丽梅

其他文献

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陈务军的其他基金

含叠层多气室大尺度ETFE气枕在复杂动态荷载与作用下的结构分析理论
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    面上项目
含叠层多气室大尺度ETFE气枕在复杂动态荷载与作用下的结构分析理论
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  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
考虑主动控制的空气支承式涂层织物膜结构多场耦合分析与设计方法
  • 批准号:
    51778362
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于平面裁切和材料非线性的ETFE气枕充气成形与结构分析方法研究
  • 批准号:
    51478264
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    84.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
大型空间可展索网天线张力索网分析理论与形面调整方法
  • 批准号:
    50878128
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    34.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
空间大型可展桁架体系展开过程与动力响应分析理论研究
  • 批准号:
    10102010
  • 批准年份:
    2001
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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