etfe气枕结构成形设计方法与试验 experimental investigation on forming design methods of etfe cushion structure.pdfVIP

第４８卷　 第６期 哈　 尔　 滨　 工　 业　 大　 学　 学　 报 Ｖｏｌ４８ Ｎｏ６ 　 　 ２０ １６年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＨＡＲＢＩＮ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｊｕｎ． ２０１６ 　 　 　 　 　 　 ｄｏｉ：１０．１１９１８／ ｊ．ｉｓｓｎ．０３６７⁃６２３４．２０１６．０６．００９ ＥＴＦＥ气枕结构成形设计方法与试验 赵　 兵，陈务军，胡建辉，董石麟 （上海交通大学 空间结构研究中心，２００２４０上海） 摘　 要：为研究ＥＴＦＥ 气枕结构的成形方式，引入基于找形分析的零应力态三维裁切和基于材料非线性的平面裁切两种设计 方法，对比了两种方法的设计过程，并分别分析了两种方法的设计分析过程和力学模型．通过两个ＥＴＦＥ 气枕模型充气成形试 验和数值模拟，得到了结构的膜面外形和应力分布及其变化规律．结果表明：对于三维裁切成形模型，气枕膜面外形的试验结 果与数值模拟最大误差为４ｍｍ，应力的最大值相差０．４ＭＰａ；对于平面裁切成形模型，初次成形时的气枕膜面外形与应力分布 的试验与数值相一致，随ＥＴＦＥ材料的徐变，膜面升高、应力减小，矢跨比由１／ １９ 增大为１／ １２．试验与分析验证了本文提出的 成形设计方法． 关键词：ＥＴＦＥ 气枕；成形设计方法；三维裁切；平面裁切；成形试验；数值模拟；膜面外形；应力分布 － － － 中图分类号：ＴＵ３５３；ＴＵ３１７．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：０３６７ ６２３４（２０１６）０６ ００５８ ０６ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＺＨＡＯ Ｂｉｎｇ，ＣＨＥＮ Ｗｕｊｕｎ，ＨＵＪｉａｎｈｕｉ，ＤＯＮＧ Ｓｈｉｌｉｎ （Ｓｐａｃｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏ Ｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００２４０ Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｗｏ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＥＴＦＥ ｃｕｓｈｉｏｎ ｗｅｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｚｅｒｏ⁃ｓｔｒｅｓｓ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌａｔ⁃ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙ ｏｆ ＥＴＦＥ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｗｅｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ，ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ，ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｓ４ ｍｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ０．４ ＭＰａ． Ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｌａｔ⁃ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ａ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃ