平凉 膜结构小车棚公司 膜结构看台车棚厂家 预张应力

各向对褶皱分析的关键影响

1. 应力分布差异：各向导致同一荷载下，经向和纬向的应力分配不同（如大风荷载下，纬向可能先出现压应力），褶皱更易在刚度较低的方向（如E较小的方向）萌生。
2. 临界荷载变化：各向使褶皱临界荷载（发生失稳的压应力）与方向相关。例如，纤维方向（高E）的临界压应力更高，而非纤维方向更易褶皱。
3. 褶皱形态定向性：褶皱的走向、波长可能沿材料主轴方向（经 / 纬向）分布，与各向同性材料的无规则褶皱不同。

考虑各向的褶皱分析方法

1. 理论分析：建立各向褶皱判据

• 总势能包括应变能（含各向本构）和外力势能，当总势能对变形的二阶变分等于零时，达到临界状态（开始褶皱）。
• 简化判据：对于平面应力状态，当某一主方向的应力σi<0（压应力），且满足σi<−σcr,i（σcr,i为该方向的临界压应力，与、相关）时，发生褶皱。

数值模拟：有限元法的核心技术

• 单元与本构：采用壳单元（如 S4R）模拟薄膜，在材料属性中输入正交各向参数（、、、）。
• 褶皱模型：引入 “刚度退化” 机制，当某方向应力为压应力时，该方向的刚度设置为接近零（仅传递拉力），常用模型包括：
  • Hutchinson-Pandey 模型：通过修正本构矩阵，忽略压应力方向的刚度贡献；
  • Riks 法：考虑几何非线性，追踪褶皱从萌生到扩展的全过程。

• 荷载与边界：模拟自重、风荷载（需结合流体力学计算风压分布）、温度变化等，边界条件需反映实际张拉固定方式（如节点铰接或固接）。

3. 实验验证

• 材料试验：通过单向拉伸试验获取经 / 纬向的、，通过剪切试验获取G12，确保各向参数的准确性。
• 模型试验：制作缩尺膜结构模型，施加可控荷载（如逐步增加局部压力），通过数字图像相关法（DIC）观测褶皱的产生位置、形态，与数值模拟结果对比，验证分析方法的可靠性。

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