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充气膜数值模型的计算方法与单元划分
- 2020-03-18-

  一、非线性的考虑:

  经相关科研人员对充气膜的膜材拉伸试验"0-表明,涂层织物类膜材有典型的三段式本构曲线,如下图所示。

  膜材的非线性性能对膜结构的变形影响显明。但是,在平流层飞艇平台的实际设计、计算中,忽视了材料的非线性,这是因为安全起见,实际用于结构设计的设计应力处于本构曲线的初个阶段。

  平流层飞艇平台是大体积柔性充气膜结构,具有“大变形、小应变”的特点。膜结构刚度较小而对荷载敏锐,膜结构在荷载作用下尽管应变很小,但是位移很大,所以在建立平衡方程时就须考虑结构非线性的影响,即考虑几何非线性。

  二、单元的划分:

  膜结枃数值模拟中的单元选择和网格划分是模拟中的关键问题。对于膜结构,有三角形单元和四边形单元两种,在 ABAQUS中还存在这以四边形单元为主的单元网格划分方式。在本构型下选用三角形单元网格质量较好。

  数值对比试验表明,网格尺寸a与较大截面半径r的比值ar属于(0.015~0.09)时,计算效率和计算稳定性均较优。

  三、囊体变形的控制点:

  很显然,无法对膜囊体上整体的节点进行变形分析,只能选取几个关键的控制点并观察其位移情况,如簑体头锥节点26、尾锥节点25,较大截面处节点1、节点4、节点1、节点9,如图3所示。观察节点26、25在X方向的位移,节点11、4在Y向位移,节点19在Z向位移。

  由相关研究可知,充气膜环向应力理论值m与环向应力数值计算值o的误差,随着压差的增加而线性增加,相对误差则保持不变,不高过1.584%,理论值与数值计算值吻合的比较好。

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