【导语】“梅江区许佳琪”通过精心收集，向本站投稿了6篇膜结构设计，以下是小编整理后的膜结构设计，希望能够帮助到大家。
篇1：膜结构设计
膜结构设计
膜结构设计主要分成以下四大部份：
1、膜材料的组成和分类
2、膜结构的形状确定
3、膜结构的荷载分析
4、膜结构的裁剪分析
1、膜材料的组成和分类
通俗地讲，膜材就是氟塑料表面涂层与织物布基按照特定的工艺粘合在一起的薄膜材料。常用的氟素材料涂层有PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）、PVC（聚氯乙烯）等。织物布基主要用聚酯长丝（涤纶PES）和玻璃纤维有两种。
膜材的粘合就是将涂层与基材合二为一组成整体。建筑结构所用的膜材大多是以压延成型和涂刮成型的。所谓压延成型，就是将选定的软PVC经塑炼后投入压延机，按照所需厚度、宽度压延成膜，立即与布基粘合，再经过轧花、冷却即可制得压延膜材。而涂刮成型，则是将聚氯乙烯糊均匀地涂或刮在布基上，再加热处理即可获得涂刮膜材，普遍的是采用刮刀直接涂刮，也有采用辊式涂刮的。
根据表面涂层（Coating）和织物基材（Layer）不同，膜材料分为三大类：
（1）A类膜材是玻璃纤维布基上敷聚四氟乙烯树脂（PTFE），这种膜材的化学性能极其稳定，露天使用寿命达25年以上，为不燃材料（通过A级防火测试）。
（2）B类膜材料是玻璃纤维布基上敷硅酮涂层，由于膜材自身性能欠佳，现在基本不再使用。
（3）C类型膜材料是聚酯长丝布基上涂聚氯乙烯树脂（PVC），这种膜材受自然条件如日晒雨淋等影响较大，一般使用寿命为至，是难燃材料（通过B1级防火测试）。
1.3膜材料的性质
膜作为继木材、砖石、金属、混凝土之后的第五代建筑结构材料，具有显著的自身特性。第一代木材和第三代钢材拉压性能均良好，第二代砖石和第四代混凝土则只具备良好的抗压能力，作为第五代的膜材料则只能
受拉，没有承压和抗弯曲能力，这是膜的最本质的特征。具体地讲，膜材的主要特征如下：
（1）拉伸性能
膜材的拉伸性能包括拉伸强度（TensionnStrength）、拉伸模量
（ModulusofElasticity）和泊松比（Poisson?sRatio）三个力学指标。膜材本身不能受压也不能抗弯，但具有很高的拉伸强度，所以要使膜结构正常工作就必须引入预拉力、并形成互反曲面。通常膜材料的拉伸强度都可达100MPa以上。
模材应力-应变关系是非线性的，一般采用切线模量作为弹性模量，膜材的弹性膜量约为钢的1/3左右。膜材的泊松比，即横向变形特征，约为0.2左右。由于膜是双向受力结构，设计时必须以膜材的双轴拉伸实验确定膜的弹性膜量及泊松比。
（2）撕裂强度
膜材是张拉结构材料，其撕裂破坏比受拉破坏要严重很多，所以撕裂强度和抗撕裂性能非常重要。PVC涂覆聚酯长丝织物具有中等的撕裂强度，PTFE涂覆玻璃纤维的材料具有较高的撕裂强度。
（3）正交异向性
张拉膜结构曲面需要经向和纬向两个主轴方向反向曲率来保证，一个方向的曲率向下凹，另一个方向必须向上凸。传统膜材基材是由经p纬向纱线编织而成，因而呈现很强的正交异性性能，经纬向变形能力相差达3-5倍之多。
（4）蠕变和松弛
蠕变和松弛是膜材的另一个重要特性，也是膜起皱和失效的重要原因，在裁剪分析和加工时需要考虑这个因素。聚酯长丝织物在使用的头十年里就会因为蠕变丧失50%的预张拉力，相反，玻璃纤维织物要稳定很多。
（5）非力学性质：安全方面的性质，如耐久性、防火性能、防雷性能等；非安全方面性质，如隔音或音响性能、自洁性能等等。
由于膜结构的造型要求和膜材自身特性的原因，膜结构设计与其它结构有很大的不同。膜结构设计包括形状确定（“找形”，FormFinding）、荷载分析（LoadingCaseAnalysis）和裁剪分析（CuttingPattern）等三方面内容，下面分别论述。
2、膜结构的形状确定
膜结构的形状确定问题就是确定初始状态的问题，在许多专著上被称为“找形”（FormFinding）。膜结构的形状确定问题有两种类型：
（1）给定预应力分布的形状确定问题：预先假定膜结构中应力的分布情况，在根据受力合理或经济原则进行分析计算，以得到膜的初始几何状态。
（2）给定几何边界条件的形状确定问题：预先确定膜结构的几何边界条件，然后计算分析预应力分布和空间形状。
肥皂泡就是最合理的自然找形的膜结构。最初的找形正是通过皂膜比拟来进行，后来发展到用其他弹性材料做模型，通过测量模型的空间坐标来确定形状，对于简单的外形也可以用几何分析法来确定，膜结构找形技术的真正发展来自计算机有限元分析方法的发展。为了寻求膜结构的合理的几何外形，需要通过计算机的多次迭代才能得到。
常用的计算机找形方法有：力密度法、动力松弛法、有限元法。
1.力密度法
索网结构中拉力与索长度的比值定义为力密度（ForceDensity）。力密度法（ForceDensityMethod）是由Linkwitz及Schek提出来的，原先只是用于索网结构的找形，将膜离散为等代索网，后来，该方法被用于膜结构的找形。把等代为索的膜结构看成是由索段通过结点相连而成，通过指定索段的力密度，建立并求解结点的平衡方程，可得各自由结点的坐标。 不同的力密度值，对应不同的外形。当外形符合要求时，由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。力密度法也可以用于求解最小曲面，最小曲面时膜内应力处处相等，肥皂膜就是最好的最小曲面的例子。实际上的最小曲面无法用计算机数值计算方法得到，所以工程上常采用指定误差来得到可接受的较小曲面。
力密度法的优点是只需求解线性方程组，其精度一般能满足工程要求。用力密度法找形的软件有德国EASY（EasyForm）、意大利Forten32、新加坡WinFabric等。
2.动力松弛法
动力松弛法（DynamicRelaxationMethod）第一文库网是一种专门求解非线性系统平衡状态的数值方法，他可以从任意假定的不平衡状态开始迭代得到平衡状态，最早将这种方法用于索网结构的是Day和Bunce，而Barnes则成功地应用于膜结构的找形。
力密度法只是从空间上将膜离散化，而动力松弛法从空间和时间两方面将膜结构体系离散化。空间上的离散化是将结构体系离散为单元和结点，并假定其质量集中于结点上。时间上的离散化，是针对结点的振动过程而言的。初始状态的结点在激振力作用下开始振动，这时跟踪体系的动能；当体系的动能达到极值时，将结点速度设置为零，跟踪过程重新开始，直到不平衡力为极小，达到新的平衡为止。
动力松弛法最大特点是迭代过程中不需要形成刚度矩阵，节约了刚度矩阵的形成和分解时间，并可在计算过程中修改结构的拓扑和边界条件，该方法用于求解给定边界条件下的平衡曲面。其缺点是迭代步骤往往很多。用动力松弛法找形的软件有英国InTENS、新加坡WinFabric、英国Suface等。
3.有限单元法
有限单元法（FiniteElementMethod）最初是用来计算索网结构的非线性迭代方法，但现在已成为较普遍的索膜结构找形方法。其基本算法有两种，即从初始几何开始迭代和从平面状态开始迭代。显然，从初始几何开始迭代找形要比从平面状态开始来得有效，且所选用的初始几何越是接近平衡状态，计算收敛越快，但初始几何的选择并非容易之事。两种算法中均需要给定初始预应力的分布及数值。在用有限元法找形时，通常采用小杨氏模量或者干脆略去刚度矩阵中的线性部分，外荷载在此阶段也忽略。 有限元迭代过程中，单元的应力将发生改变。求得的形状除了要满足平衡外，还希望应力分布均匀，大小合适，以保证结构具有足够的刚度。因此，找形过程中还有个曲面病态判别和修改的问题，或者叫形态优化（包括几何形态优化、应力形态优化和刚度形态优化等）。用有限元法找形的软件有澳大利亚FABDES等。
经过找形确定的结构初始形状满足了初应力平衡条件并达到预想的形状，但其是否满足使用的要求，还必须进行荷载效应分析。
3、膜结构的荷载分析
膜结构的荷载分析是在形状分析所得到的外形与初始应力分布的基础上进行的，检查结构在各种荷载组合下的强度、刚度是否满足预定要求的过程。
膜结构的找形有不同的理论方法，但荷载分析基本上都采用非线性有限元法（NonlinearFiniteElementMethod），即将结构离散为单元和结点，单元与单元通过结点相连，外荷载作用在结点上，通过建立结点的平衡方程，获得求解。
由于索膜结构是大变形问题，在推导有限元方程时，需考虑位移高阶项对应变的影响，即考虑几何非线性。当然，膜材本身也是非线性的，在工程应用上时，材料的非线性问题一般不予考虑。
1.风荷载作用
膜结构区别于传统结构的两个显著特点是轻和柔。轻，意味着结构自身重量和惯性力小，自重不是主要荷载，地震力可以忽略不计，而风是主要荷载；柔，意味着结构无抗弯刚度，结构对外荷载的抵抗是通过形状改变来实现的，表现出几何非线性特征。膜结构的特点决定了膜结构是风敏感结构，抗风设计在膜结构设计中处于主要地位。
膜结构轻、柔、飘的显著特点决定了膜结构抗风计算的内容也有自身特点。
（1）静风压体型系数的确定
风荷载体型系数是描述风压在结构上不均匀特征的重要参数，一般结构的体形系数可以从荷载规范查得。但膜结构形状各异，不能从荷载规范直接获得风压体型系数。所以，较大的膜结构基本都要求进行风洞试验，
以获得比较正确的膜结构的局部风压净压系数和平均风载体形系数。由于风洞试验要满足一系列的相似准则，如几何相似、雷诺数相似等，通常要完全满足这些相似条件是不可能的，因此风洞模拟实验结果有时会超过实测值很多。
（2）脉动风压系数的确定
膜结构在荷载作用下的位移较大，结构位形的变化会对其周围风场产生影响，所以膜结构的风动力响应过程是流固耦合过程。这种动力过程的风洞试验必须采用气动弹性模型，因此实现起来技术难度较大。近年来发展的“数值风洞”技术受到越来越多的重视。这种技术简单的说就是将计算流体力学（CFD）和计算结构力学（CSD）技术结合起来，用计算流体力学来模拟结构周围的风场，用计算结构力学来模拟膜结构，再借助某些参数的传递来实现两者之间的耦合作用，不过，该方法还处试验阶段。
（3）风振动力分析
风力可分成平均风和脉动风两部分。平均风的周期较长，其对结构的作用性质相当于静力。脉动风的周期较短，其对结构的作用为动力性质。当结构的刚度较小，自振频率较低时，在脉动风荷载的作用下可能产生较大的变形和振动，所以在设计索膜这类小刚度结构时，应进行风振动力计算。索膜结构具有振型频谱密集、非线性特征和三维效应不可忽略等特点，针对高层和桥梁结构的风振分析方法不能直接应用。索膜结构的响应与荷载呈非线性关系，对于索膜结构定义荷载风振系数或阵风系数在理论上也是不正确的.。
（4）空气动力失稳
膜结构是风敏感结构，存在空气动力失稳（AerodynamicInstability）的问题。从本质上看，结构空气弹失稳是由于结构在振动过程中从与气流的振型耦合中吸收能量，当吸收能量大于耗散能量时，就会产生能量累积，当这种能量累积达到某一阀值（临界风速）后，结构就会从一种低能量（稳定）的振动形式跃迁到另一种高能量（不稳定）的振动形式上去。所以，膜结构存在设计风速作用下的动力失稳问题，幸运的是至今还没有这方面破坏的膜结构实例。
2.膜面褶皱问题
结构上的褶皱（Drape）是指因膜面在一个方向上出现压应力导致膜材屈服而产生的褶皱现象，而结构松弛是指膜面在两个方向上都呈现无张力状态，故松弛的膜面不能承受任何荷载。褶皱判别的两种方法：（设拉为正、压为负）
（1）应力准则：若主应力σ2>0，膜元是张紧的；若σ20，膜元是褶皱的；若σ1
（2）应变准则：若ε2>0，膜元是张紧的；若ε20，膜元是褶皱的；若ε1
（1）修改单元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，结果是增加了相临单元的负担。
（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。
常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。
4、膜结构的裁剪分析
上面已经提到，膜结构的分析包括三大方面内容，即形状确定（FormFinding）、荷载分析（LoadingCaseAnalysis）和裁剪分析
（CuttingPattern）。裁剪分析，就是将由找形得到并经荷载分析复核的空间曲面，转换成无应力的平面下料图。裁剪分析包含三个步骤：
（1）空间膜面剖分成空间膜条
膜结构是通过结构来表现造型，空间膜面在剖分成膜条时，要充分考虑膜条的边线即热合缝对美观的影响；同时膜材是正交异性材料，为使其受力性能最佳，应保证织物的经、纬方向与曲面上的主应力方向尽可能一致；此外，用料最省、缝线最短，也是进行膜面剖分必须考虑的因素。
（2）空间膜条展开成平面膜片
空间膜条展开成平面膜片，即将膜条的三维数据转化成相应的二维数据，采用几何方法，简单可行。但如果膜条本身是个不可展曲面，就得将膜条再剖分成多个单元，采用适当的方法将其展开。此展开过程是近似的，为保证相邻单元拼接协调，展开时要使得单元边长的变化为极小。
（3）应力状态转化到无应力状态
从应力状态到无应力状态的转化，即释放预应力、进行应变补偿。膜结构是在预应力状态下工作的，而平面膜材的下料是在无应力状态下进行的，为确定膜材的下料图，需对膜片释放预应力，并进行应变补偿。这里的补偿实际上是缩减，在此基础上加上热合缝的宽度，即可得膜材的下料图。
上述过程，即为裁剪分析。
1.测地线裁剪法
裁剪分析与找形技术的产生及发展过程极为相似，都是从测量实物模型开始的，对于简单规则的可展曲面，可直接利用几何方法将其展开。现代概念上的裁剪分析，主要还是依赖于计算机技术的发展而发展的。在此过程中，产生了许多方法，如测地线法、有限元法、优化分析法，等等。下面介绍被广泛应用的测地线法（GeodesicLineMethod）。
测地线又称短程线，是大地测量学的概念，其通常被理解为：经过曲面上两点并存在于曲面上的最短的曲线。所以用测地线作裁剪分析，就是以测地线来剖分空间膜面。这样做的好处是热合缝最短、用料较省，但热合缝的分布及材料经、纬方向的考虑不易把握。
求曲面上的测地线的问题，实际上是一个求曲面上两点间曲线长度之泛函极值的问题。由于膜结构几何外形的新奇多变，也就无法得到曲面上两点间曲线长度的泛函的显式，所以通常是求极值确定测地线上的若干点，再用线性插值的方法求中间点，从而求得测地线。
有了测地线就可以确定裁剪线：直接以测地线为裁剪线或从一条测地线向另一条测地线作垂线，以垂线中点的连线作为裁剪线。
2.应变补偿
膜结构是在预张力作用下工作的，而膜材的裁剪下料是在无应力状态下进行的，因而在确定裁剪式样时，有一个对膜材释放预应力、进行应变补偿的问题。影响膜材应变补偿率的因素可归纳为以下几个方面：
（1）膜面的预应力值及膜材的弹性模量和泊松比，这是影响应变补偿率的最直接因素。
（2）主应力方向与膜材经、纬向纤维间的夹角，这一问题变的重要是因为膜材是正交异性材料。
（3）热合缝及补强层，热合缝及补强层的性能不同于单层膜，其应变补偿应区别对待。
（4）环境温度及材料的热应变性能，尤其是双层膜结构环境温度相差较大时，要特别注意。
在荷载分析中，在每一荷载增量步中对所有的单元进行逐一判别，如发现褶皱单元，可按以下方法处理：
（1）修改单元刚度：减小褶皱单元对结构总体刚度的贡献，即修改褶皱单元的刚度矩阵，从而减小自身的实际荷载分担，结果是增加了相临单元的负担。
（2）修改结构刚度：回到找形阶段，对曲面进行修正，即通过修改局部区域的边界条件或调整预应力的方法来修正结构的刚度。
常用的膜结构几何非线性荷载分析软件有：美国ANSYS，德国EASY（EasyScan）、意大利Forten32、新加坡WinFabric，英国InTENS等等。
以上资料由深圳港筑膜结构公司提供！
篇2：蓝光相变光盘的多层膜结构设计
蓝光相变光盘的多层膜结构设计
为了使光盘获得优良的记录/读出性能并能够长期稳定地使用,必须优化设计相变光盘的多层膜结构.采用自行设计的模拟分析相变光盘读出过程设计软件,从光学角度出发模拟计算了蓝光(405 nm)相变光盘的'膜层结构,研究了多层膜系的反射率和反射率对比度等光学参量与各层膜厚度和槽深的关系.研究得出的最佳多层膜结构为:下介电层/记录层/上介电层/反射层的厚度对于台记录为100 nm/10 nm/25 nm/60 nm,而对于槽记录则为140 nm/15 nm/30 nm/60 nm,槽深为50 nm.模拟计算结果对于将来高密度蓝光相变光盘的制备具有一定的指导意义.
作 者：刘波 阮昊 干福熹 作者单位：中国科学院上海光学精密机械研究所,上海,201800 刊 名：光学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA OPTICA SINICA 年，卷(期)：2003 23(12) 分类号：O438 关键词：薄膜光学 相变光盘 蓝光 多层膜结构篇3：张拉式膜结构
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张拉膜结构以膜材、钢索及支柱构成，利用钢索与支柱在膜材中导入张力以达安 定的形式。除了可实践具创意，创新且美观的造型外，也是最能展现膜结 构精神的构造形式.近年来，大型跨距空间也多采用以钢索与压缩材构成钢索网来支撑上部膜材的形式。因施工精度要求]高，结构性能强，且具丰 富的表现力，所以造价略高于骨架式膜结构。
篇4：膜结构包括哪些形式和特点？
膜结构包括哪些形式和特点？
薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式，它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系，
1 膜结构的主要形式：主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。
2 膜结构主要特点：
自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好；耐久性较差。
篇5：高中生物膜结构流动知识点
高中生物膜结构流动知识点
一、探索历程
二、流动镶嵌模型的基本内容
磷脂双分子层构成了膜的基本支架
蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层
磷脂双分子层和大多数蛋白质分子可以运动糖蛋白(糖被)
组成：由细胞膜上的蛋白质与糖类结合形成。
作用：细胞识别、免疫反应、血型鉴定、保护润滑等。
读书做到“六个W”
对于一些重点和难点知识，大家要深刻理解。如何才能深刻理解呢?大家读书时要时时思考“六个W”。这六个W分别是：
Who —→ 谁或什么结构
What —→ 发生了什么变化或有什么
How —→ 怎样发生的
When —→ 什么时间或什么顺序
Where —→ 在什么场所或结构中发生的
Why —→ 为什么会发生这样的变化
学好生物的3个方法
要掌握规律
规律是事物本身固有的本质的必然联系。生物有自身的规律，如结构与功能相适应，局部与整体相统一，生物与环境相协调，以及从简单到复杂、从低级到高级、从水生到陆生的进化过程。掌握这些规律将有助于生物知识的理解与运用，如学习线粒体就应该抓结构与功能相适应：①外有双层膜，将其与周围细胞分开，使有氧呼吸集中在一定区域内进行;②内膜向内折成嵴，扩大了面积，有利于酶在其上有规律地排布，使各步反应有条不紊地进行;③内膜围成的腔内有基质、酶;④基质、内膜上的酶为有氧呼吸大部分反应所需，因而线粒体是有氧呼吸的主要场所。这样较易理解并记住其结构与功能。学习生物同其他学科一样，不能急于求成、一步到位。如学习减数分裂过程，开始只要弄清两次分裂起止，染色体行为、数目的主要变化，而不能在上新课时对染色体行为、染色体、染色单体、DNA数目、与遗传三定律关系、与有丝分裂各期图像区别等一并弄清。后者只能在练习与复习中慢慢掌握。
设法突破难点
有些知识比较复杂，或是过于抽象，同学们学起来感到有困难，这时就应化难为易，设法突破难点。通常采用的方法有以下几种：(1)复杂问题简单化。生物知识中，有许多难点存在于生命运动的复杂过程中，难以全面准确地掌握，而抓主干知识，能一目了然。例如细胞有丝分裂，各时期染色体、纺锤体、核仁、核膜的变化，我们若将其总结为“前期两现两消，末期两消两现”，则其他过程就容易记住了。动物体内三大物质代谢过程复杂，可总结为“一分(分解)二合(合成)三转化”。对一些复杂的问题，如遗传学解题，可将其化解为几个较简单的小题，依次解决。(2)抽象问题形象化。要尽量借助某种方式，使之与实际联系起来，以便于理解，如DNA的空间结构复杂，老师一旦出示DNA模型，几分钟即可解决问题。因此，学习生物常常需借助图形、表格、模型、标本、录像等形象化的手段来帮助理解一些抽象的知识。
经常归纳总结
在生物新课学习过程中，一般都是将知识分块学习。但当学完一部分内容之后，就应该把各分块的知识联系起来，归纳整理成系统的知识。这样不仅可以在脑子里形成完整的知识结构，而且也便于理解和记忆。归纳总结要做到“三抓”：一抓顺序，二抓联系，三抓特点。抓顺序就是要将各知识点按照本身的逻辑关系将其串联。如高中生物的“遗传的物质基础”，可以整理成：配子→合子→细胞核→染色体→DNA→基因→蛋白质→性状。抓联系就是要掌握各知识点之间的内在联系，理清点线的纵横关系，由线到面，扩展成知识网络。抓特点就是抓重点、抓主流，进行归纳总结，不能大杂烩，胡子眉毛一把抓;应将次要的东西简化甚至取消。
篇6：抛物面气囊膜结构受力分析
抛物面气囊膜结构受力分析
由抛物线方程列出了抛物面的表面积、体积参数方程.根据薄膜理论建立了经向、环向张力表达式,并进行了参数分析.本文工作对气囊膜结构的.设计具有一定的指导意义.
作 者：姜伟 陈务军 付功义 JIANG Wei CHEN Wujun FU Gongyi 作者单位：上海交通大学空间结构研究中心,上海,200030 刊 名：四川建筑科学研究 ISTIC PKU英文刊名：SICHUAN BUILDING SCIENCE 年，卷(期)：2007 33(6) 分类号：V21.1 O11.2 关键词：气囊膜结构 抛物面 受力分析★ 教学策略设计
★ 英语教学设计
★ 设计标语
★ 设计计划书模板
★ 英语教学设计模板
★ 设计总结
★ 设计教学楼
★ 读后感设计
膜结构设计（共6篇）
