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充氣膜數值模型的計算方法與單元劃分
- 2020-03-18-

  一、非線性的考慮:

  經相關科研人員對充氣膜的膜材拉伸試驗"0-表明,涂層織物類膜材有典型的三段式本構曲線,如下圖所示。

  膜材的非線性性能對膜結構的變形影響顯明。但是,在平流層飛艇平臺的實際設計、計算中,忽視了材料的非線性,這是因為安全起見,實際用于結構設計的設計應力處于本構曲線的初個階段。

  平流層飛艇平臺是大體積柔性充氣膜結構,具有“大變形、小應變”的特點。膜結構剛度較小而對荷載敏銳,膜結構在荷載作用下盡管應變很小,但是位移很大,所以在建立平衡方程時就須考慮結構非線性的影響,即考慮幾何非線性。

  二、單元的劃分:

  膜結枃數值模擬中的單元選擇和網格劃分是模擬中的關鍵問題。對于膜結構,有三角形單元和四邊形單元兩種,在 ABAQUS中還存在這以四邊形單元為主的單元網格劃分方式。在本構型下選用三角形單元網格質量較好。

  數值對比試驗表明,網格尺寸a與較大截面半徑r的比值ar屬于(0.015~0.09)時,計算效率和計算穩定性均較優。

  三、囊體變形的控制點:

  很顯然,無法對膜囊體上整體的節點進行變形分析,只能選取幾個關鍵的控制點并觀察其位移情況,如簑體頭錐節點26、尾錐節點25,較大截面處節點1、節點4、節點1、節點9,如圖3所示。觀察節點26、25在X方向的位移,節點11、4在Y向位移,節點19在Z向位移。

  由相關研究可知,充氣膜環向應力理論值m與環向應力數值計算值o的誤差,隨著壓差的增加而線性增加,相對誤差則保持不變,不高過1.584%,理論值與數值計算值吻合的比較好。

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