ETFE 膜结构的计算与设计
e't'fe膜结构
etfe膜结构ETFE（EthyleneTetrafluoroethylene）膜结构是一种采用氟化乙烯/二氟乙烯共聚物薄膜作为主要材料的建筑外墙和顶棚材料。
它具有高透光性、耐候性、耐化学腐蚀性和轻质等特点，广泛应用于大型体育场馆、展览中心和商业综合体等建筑。
首先，ETFE膜结构的高透光性给人一种明亮通透的感觉。
由于ETFE膜本身具有良好的透光性质，因此在建筑使用中可以最大程度地利用自然光，减少人工照明的需求。
与传统的建筑材料相比，ETFE 膜能够为室内创造一个舒适的自然光环境，给人一种开放和轻盈的感觉。
其次，ETFE膜结构具有良好的耐候性和耐化学腐蚀性。
ETFE膜具有优异的耐候性，不易受到自然环境的影响，能够长时间保持其透光性和物理性能。
此外，ETFE膜还具有较高的耐化学腐蚀性，能够抵抗酸碱等化学物质的侵蚀。
因此，ETFE膜结构能够在恶劣的环境条件下保持稳定的性能，延长使用寿命。
另外，ETFE膜结构还具有轻质的特点。
ETFE膜相比于传统的玻璃材料更加轻盈，能够减少建筑的自重，降低了对建筑结构的要求，进而减少了建筑材料的使用量和成本。
由于ETFE膜的轻质特性，它可以更加灵活地呈现各种形状和曲面设计，为建筑带来丰富的创意和个性。
ETFE膜结构的应用范围非常广泛。
一方面，它被广泛应用于大型体育场馆和展览中心等公共建筑。
ETFE膜的高透光性和轻盈特性能够为这些大型空间创造明亮宽敞的环境，提供良好的观赏体验。
另一方面，ETFE膜结构也被运用于商业综合体和购物中心等商业建筑。
ETFE膜可以为商业建筑带来独特的外观和吸引力，吸引消费者的眼球，打造具有竞争力的商业空间。
总之，ETFE膜结构作为一种先进的建筑材料，具有高透光性、耐候性、耐化学腐蚀性和轻质等特点。
其广泛的应用范围涵盖了体育场馆、展览中心和商业综合体等建筑。
通过采用ETFE膜结构，可以创造出明亮、舒适和具有独特外观的建筑空间。
因此，ETFE膜结构在建筑领域的应用前景十分广阔。
浅析ETFE建筑膜材在我国膜结构中的应用-膜结构膜材
浅析ETFE建筑膜材在我国膜结构中的应用:膜结构膜材膜结构建筑是近几十年发展起来的一种采用新型材料的全新结构形式，因其特有的优点成为建筑行业的一枝独秀。
而ETFE建筑膜材作为膜结构的新兴膜材，以其优越的材料特性将很快成为我国建筑膜材市场的主力军。
1、ETFE建筑膜材的特点ETFE建筑膜材，由ETFE（乙烯-四氟乙烯共聚物）生料直接制成。
ETFE不仅具有优良的抗冲击性能、电性能、热稳定性和耐化学腐蚀性，而且机械强度高，加工性能好。
这种膜材透光性特别好，号称“软玻璃”，质量轻，只有同等大小玻璃的1%；韧性好、抗拉强度高、不易被撕裂，延展性大于400%；耐候性和耐化学腐蚀性强，熔融温度高达200℃；可有效的利用自然光，节约能源；良好的声学性能。
ETFE膜自清洁功能使其表面不易沾污，且雨水冲刷即可带走沾污的少量污物，清洁周期大约为5年。
另外，ETFE膜可在现成预制成薄膜气泡，方便施工和维修。
当然ETFE也有不足，如外界环境容易损坏材料而造成漏气，维护费用高等，但是随着大型体育馆、游客场所、候机大厅等建设的增多，ETFE更加突显了自己的优势。
2、ETFE建筑膜材在我国的应用膜结构建筑是近几十年发展起来的一种采用新型材料的全新结构形式。
作为空间结构体系的新成员，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，借鉴现代造型艺术与技术美学的成就，以灵活多变的建筑造型、优异的受力特性受到了建筑师和结构师们的青睐。
膜结构外观造型新颖独特，内部空间给人一种梦幻般的感觉，很大程度上满足了现代人的审美观念。
近年来，ETFE建筑膜材的应用在很多方面可以取代其他产品而表现出强大的优势和市场前景。
生产这种膜材的公司很少，只有日本旭硝子、德国科威尔等少数几家公司可以提供ETFE建筑膜材，这种膜材的研发和应用在国外发达国家也不过十几年的历史。
目前国内膜结构发展振奋人心。
随着一些大型体育馆、候机大厅等建设以及2008年北京奥运会及2010年上海世博会和广州亚运会等国际盛会的举办，为中国膜结构的发展带来了机遇和挑战。
ETFE膜结构主要形式及ETFE工程难点
行染色、印刷等，透光率能得到调整，例如，乳白色的ETFE 薄膜的透光率可调整为40%左右。
ETFE 薄膜表面非常光滑，具有极佳的自洁性能，灰尘及污垢不易粘接在薄膜表面，容易被雨水冲刷除去。
ETFE 薄膜结构表面需要进行的人工清洗次数比普通玻璃结构要少得多。
3 ETFE 薄膜建筑20世纪80年代，欧洲开始将ETFE 薄膜用作建筑屋面材料。
因其高透光性，以及在潮湿、强紫外线、含氯消毒剂等恶劣环境下良好的耐久性能，ETFE 薄膜被应用于植物园、动物园以及游泳馆。
配合建筑照明设计，ETFE 薄膜建筑可以营造出变化极其丰富的光环境，达到很强的视觉效果，这是其他透明建筑材料很难做得到的，德国慕尼黑体育场、北京国家游泳中心是两个典型的成功建筑。
目前，大型ETFE 薄膜建筑较为常见的是气枕结构形式，由双层或多层ETFE 薄膜构成气枕，依靠特别配备的充气控制系统进行不间断地充气来维持形状。
ETFE 薄膜建筑也可采用不需要充气系统的单层张拉形式，此时ETFE 薄膜的徐变问题必须克服。
□注释：[1] フイルム膜パネル委员会．ETFE フイルムパネル设计施工指针（案）[A]．膜构造研究论文集2005[R]．东京：日本膜构造协会，2005：II1-II51[2] 吴明儿，刘建明，慕仝，张其林．ETFE 薄膜单向拉伸性能[J]．建筑材料学报，2008，11(2)：241-247.[3] 吴明儿，慕仝，刘建明．ETFE 薄膜材料循环拉伸试验以及徐变试验[J]．建筑材料学报，2008，11(6)：690-694.ETFE 膜结构主要形式及ETFE 工程难点MAIN FORM OF ETFE MEMBRANE STRUCTURE AND DIFFICULTIES OF ETFE PROJECTS摘要：ETFE 膜结构具有不同的结构形式，包括单层ETFE 、单层ETFE 加单向钢索、单层ETFE 加双向钢索、单层ETFE 加含跨中支座的单向钢索以及ETFE 气枕等。
efte结构简式-概述说明以及解释
efte结构简式-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在建筑领域，ETFE（氟聚合物乙烯基）结构是一种轻质、透明、耐候性强的材料，在近些年被广泛应用于建筑膜结构中。
ETFE结构以其独特的性能和设计灵活性，成为现代建筑中备受瞩目的材料之一。
本文将对ETFE结构进行深入介绍并探讨其在建筑领域中的应用及优点。
通过对ETFE结构的研究和分析，有助于我们更好地了解这一材料的特点，为未来建筑设计带来更多创新和可能性。
1.2文章结构文章结构部分主要介绍本文的组织结构，包括各个章节的内容概要和组织关系。
本文共分为引言、正文和结论三大部分。
在引言部分，我们将介绍EFTE结构的概念及相关背景，以及本文的目的。
在正文部分，将主要介绍EFTE结构的简介、优点和应用领域。
最后在结论部分，将对本文进行总结，并展望EFTE结构的未来发展，最后以结束语结束全文。
通过以上组织结构，读者可以清晰地了解本文的内容安排和逻辑关系，有助于读者更好地理解文章内容。
1.3 目的目的部分:本文旨在介绍EFTE结构的简式，探讨其优点以及在不同领域的应用。
通过深入分析EFTE结构的特点和潜在的优势，希望能够为读者提供更多关于这种新型建筑结构的信息，以便于读者更好地了解和掌握EFTE结构的设计原理和应用方法。
同时，通过对EFTE结构的展望，希望能够激发读者对于未来建筑技术的探索和发展的思考，以推动建筑行业的创新和进步。
最终，通过本文的撰写，旨在为读者提供一份全面且系统的关于EFTE 结构的资料，以促进该领域的进一步研究和应用。
2.正文2.1 EFTE结构简介EFTE结构是一种新型的建筑结构体系，它采用氟聚合物薄膜作为外部围护材料，具有轻质、透光、隔热等特点。
这种结构设计灵活，可根据建筑需求和环境特点进行定制化设计，因此在建筑领域备受青睐。
EFTE结构采用氟聚合物膜作为建筑外立面的一部分，这种薄膜材料具有出色的光透过率，可以有效减少建筑内部的照明需求。
ETFE气枕式膜结构——以空气作为建筑材料的结构
Ａｃｉｃ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ｈｅｔ ａ Ｔｃ ｎｌ ｙ ｒ ｔ ｕ ｒ ｏ
中 文 史
田 献 幸 分标 蝻
类 识 号
号 码
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以 空气 作 为 建 筑材 料 的 结 构
Ｅ ＥＣ ｈｏ ｎ ｌｓ ｙｔ ｍｓ ： ＴＦ ｕｓ ｉ ｎ Ｅ ｃｏ ｕ ｅ Ｓ ｓ ｅ ｒ
白 彗 想 ， 但 经 过 几 十 年 白 展 ． 膜 结 构 凭 惜 着 其 勺 勺
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１ 世 纪初 ．伴 随着工 业化 时代 的到来 ，建 ９ 筑技 术得 到迅 猛的 发展 ， 年． 才 设计 师们 开始 寻 求有 别于 传统 结 构的 新型 结 构体 。１ ２ ９ ７ 克 斯特 ・ 勒 ｆ Ｉ ａ ｄ Ｂ ｋ ｓ ｅ 富 ｃ ｍ ｎ ｔｒ Ｒ ｈｒ Ｆ ｌ ｒ 首 班提出利 月气泡 式结构 体笼罩 城市聚 ｕｅ） 落的设 想，尽管 时的＾们 认为那Ｒ 是乌托邦式
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作为一 只无形的手 推动着建筑 艺术的发展 。尤其 步＾ ２ 世纪 之后 ，一 幕列新材 料 、新技 术的 ０ 诞生造 就７纷镣 艺术形式。 建筑技术 不再局限
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于充 实现结构形 式的保障角 色， 逐 渐成为艺 术表现 的手段。膜 结构作为技 术与艺术 完美的结 台体 ，近 几十年 来 受到 越来越 多建 筑师 的青 睐 ， 别是 以Ｅ Ｆ 气 枕式膜 结构 代表 的充 特 Ｔ Ｅ 式膜结 构体 ， 较茸、通透 、具有可 持续性等 其 特点 使其 在众 多建 项 目中大放 异彩 。伴 随着 ０为代 表 的Ｅ Ｆ 气枕 式膜结 构建筑 正在 引起 ＴＥ
etfe充气膜结构
etfe充气膜结构ETFE充气膜结构是一种新型的轻质建筑材料，由氟碳聚合物ETFE （氟乙烯二烷基吡嗪）制成。
它具有优异的耐候性、透明度和抗震性能，被广泛应用于建筑物的遮阳、隔热、通风和装饰等方面。
本文将就ETFE充气膜结构的特点、应用以及未来发展进行全面介绍。
第一章特点ETFE充气膜结构具有以下几个显著特点：1. 轻质透明：相比传统建筑材料如玻璃和金属，ETFE充气膜结构更加轻便，可以减轻建筑物自重，同时具有出色的光透射率，能够提供舒适的室内环境。
2. 耐候性：ETFE充气膜结构具有出色的耐候性，可以在极端气候条件下长期使用，不易老化、变形，同时具有防紫外线、防污染等功能。
3. 抗震性能：ETFE充气膜结构采用轻质材料构成，具有优异的抗震性能，可以在地震等自然灾害中提供良好的安全保障。
第二章应用ETFE充气膜结构在建筑领域有广泛应用，以下是其中几个典型案例：1. 体育场馆：越来越多的体育场馆采用ETFE充气膜结构作为屋顶材料，如北京奥林匹克森林公园的"鸟巢"体育场，其充气膜结构为整个场馆增加了美观性和轻盈感。
2. 温室大棚：ETFE充气膜结构在温室大棚中应用广泛，其透光性能优异，可提供足够的阳光和温暖，为植物生长提供良好环境。
3. 室内空间：ETFE充气膜结构也可以应用于室内空间的隔断或装饰，如商场、酒店等公共场所，可创造出现代、轻盈的空间效果。
第三章发展前景随着人们对建筑环境美观性和可持续性需求的提高，ETFE充气膜结构在未来的发展前景广阔：1. 技术创新：随着科技的不断进步，ETFE充气膜结构的制作工艺和安装技术将会不断改进，提高生产效率和工程质量。
2. 可持续发展：ETFE充气膜结构具有轻质、耐久等特点，符合可持续建筑的理念，可以有效减少建筑物的能耗和环境污染。
3. 融入城市景观：ETFE充气膜结构具有出色的美观性和设计灵活性，可以与城市环境相融合，为城市景观增添独特魅力。
[海南]机场工程贵宾楼ETFE膜结构施工工法汇报
![[海南]机场工程贵宾楼ETFE膜结构施工工法汇报](https://img.taocdn.com/s3/m/1852002584254b35effd3455.png)
-1.455
-1.392 -1.321 -1.241 -1.133
风荷载：W-3
备注：挑檐底部体型系数μs：-0.5；上部体型系数μs：-0.5.玻璃 顶面体型系数μs：-0.5.风压高度变化系数μz 分别按7m(挑檐尖部 标高)，10m,13m，16m,20.1m取值
荷载组合验算
CA1:1.35 (DL + PL) CA2:1.2 (DL + PL) + 1.4LL CA3:1.2 (DL + PL) + 1.4 W-1 CA4:1.2 (DL + PL) + 1.4 W-2 CA5:1.2 (DL + PL) + 1.4 W-3 CA6:1.0 (DL + PL) + 1.4 W-1（计算结果为最不利工况） CA7:1.0 (DL + PL) + 1.4 W-2 CA8:1.0 (DL + PL) + 1.4 W-3 CA9:1.0 (DL + PL) + 1.4 W-1+0.98*LL CA10: 1.0 (DL + PL) + 1.4 W-2+0.98*LL CA11: 1.0 (DL + PL) + 1.4 W-3+0.98*LL
计算软件
本项目使用日本太阳工业集团开发的膜结构设计和分析专用有限元软件
MAGESTIC进行设计。该软件能软够进件行使钢用、索证、明膜整体计算。计算分析时考虑了
索膜结构的大变形特性，使结构计算结果更准确、更可信。此外该软件具有现 代化的操作界面，可根据需要用数字和色彩显示各种单元受力和载荷情况。该 软件的后处理单元能够对钢、索、膜的强度进行判定，并输出计算书。
etfe膜结构材料详解
etfe膜结构材料详解
ETFE膜结构材料是一种新型的建筑材料，它具有轻质、透明、耐候性强等特点，被广泛应用于建筑、体育场馆、展览馆等领域。
ETFE膜结构材料的主要成分是聚四氟乙烯，它具有优异的耐候性和耐化学腐蚀性，能够在极端的气候条件下保持稳定的性能。
同时，ETFE膜结构材料的透光性能也非常好，可以达到90%以上的透光率，使得建筑内部充满自然光线，节约能源，提高舒适度。
ETFE膜结构材料的制作工艺也非常先进，采用热塑性成型技术，可以根据建筑的形状和需求进行定制，制作出各种形状的膜结构。
同时，ETFE膜结构材料的安装也非常方便，可以采用预制件进行现场拼装，大大缩短了施工周期。
ETFE膜结构材料的应用范围非常广泛，可以用于建筑的屋顶、墙面、采光顶、遮阳顶等部位，也可以用于体育场馆、展览馆等场所的悬挂屋顶。
在建筑设计中，ETFE膜结构材料的应用可以提高建筑的美观性和功能性，同时也可以降低建筑的能耗和维护成本。
ETFE膜结构材料是一种非常优秀的建筑材料，具有轻质、透明、耐候性强等特点，被广泛应用于建筑、体育场馆、展览馆等领域。
随着科技的不断进步，ETFE膜结构材料的应用前景将会更加广阔。
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二、ETFE 膜材的特性
ETFE 膜材具有以下优点： 1．具有较好的抗断裂、抗撕裂强度。 2．长度方向和垂直方向的强度比较平衡，膜材均匀性好。 3．透光率高，可大于 95%。 4．自洁性好，防尘，抗风雨，人工清洗间隔时间远长于 PVC、PTFE 膜材。 5．极好的抗老化能力，使用年限在 25 年以上。 6．极好的抗化学腐蚀能力，能在特殊环境下使用，能抵抗多数的酸和碱。
2、初始形态的确定 充气结构初始形态的确定是寻找一个在内部充气压力作 用下无褶皱的光滑曲面， 该曲面应力分布应尽量均匀。 一个充 气结构应该是没有褶皱的， 对于一个充气而成的几何体， 只有 在内压作用下仅产生拉力时才可能满足这个条件， 一旦出现皱 纹，它会变形成为另一受拉结构；薄膜的曲率必须平缓，即使 几何体形较为复杂， 也应使一个曲率尽可能均匀地过渡到另一 个曲率，只有在附加力的作用下才会产生脊线、凹槽和尖顶； 薄膜的应力分布应尽量均匀， 这样当它承受外部荷载作用时不 会因局部设计强度要求过高而导致大部分区域的强度没有得 到充分的利用。 文献 5 利用参数化设计语言（APDL）很好的实现了简单 充气结构的找形。 所得到的几何体表面光滑， 应力分布比较均 匀。图 7 是边界为等六边形的有限元模型应用本文所设计的 ANSYS 程序进行找形后的图形。从立面图可以更清晰地看出 找形后的结果，薄膜的表面无皱纹，也没有曲率突变的地方。
表 1、几种 ETFE 膜材的物理、力学性能 NowoFOL 厚 密 幅 度 度 宽 µm g/cm mm N/mm % N/mm
0 0 2 2 3
Norton 12～500 1.70～1.76 1575
ASAHI 100～250 1.66～1.84 1100～2350 >50 400 >965 >450
N/mm C C
<165 250～270 >95 93
<155 267 94
<150 267 >90
%
三、单层 ETFE 膜结构的计算
单层 ETFE 的膜结构建筑在世界范围内还不多，面积最大的应该是德国为承办 2006 年世界杯足球赛 而改扩建的汉诺威足球场，ETFE 膜面积约 11000m2，如图 1 所示。
1、初始内压的影响 初始内压的改变对气枕受荷后内压、膜表面最大应力、上、下表面最 大位移会有不同的影响，这里选取三组不同的初始内压 300Pa、350Pa、 400Pa 进行比较。计算模型边长 4m，高跨比 0.3，膜厚 200µm。图 12、 图 13 分别给出了内部气压增量随荷载变化的关系图、B 点应力随荷载变 化的关系图。 由图 12 可以看到，在相同荷载作用下，初始气压越大，受荷后内部 气压增量越大；对于同一气枕在不同荷载作用下，其内部气压会随荷载增 大而略有增大。图 13 表明在相同荷载作用下，气枕的初始内压越大，B 点膜面应力也越大；对于同一气枕在不同荷载作用下，B 点膜面应力随荷 载增大而略有增加，与初始形态基本相同。
7．极好的气候适应性能，能直接暴露于-2000C～+1500C 的温度中。 8．抗冲击、抗磨损性能好，在飞沙、冰雹等室外环境适用。 9．阻燃性好，绝缘性能好，防火等级达到 B1 级。 10．可回收性，膜材可被热熔后重新使用。 ETFE 膜材的劣势： 1．抗拉强度、抗撕裂强度虽然较高，但远低于 PVC、PTFE 膜材，因此结构的跨度要小于织物 类膜结构。 2．当采用充气式时，要有相应的机械设备和电器设备，使用过程中维护费用偏高。 3．生产厂家较少，材料价格偏高。 ETFE 膜材的物理、力学性能：
4
3.5 等效应力，σe(MPa)
9 8
3 等效应力（MPa） 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 高跨比倒数，L/z L=3m L=5.5m L=4m L=6m L=4.5m2 1 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 气压（Pa） 边长2.25m,矢高350mm 边长4m,矢高620mm 边长3m,矢高400mm 边长4m,矢高550mm
图 3、单层 ETFE 膜结构的单元模型 图 2、ETFE 膜材的应力应变曲线
四、双层 ETFE 膜结构的计算
双层 ETFE 膜结构是由上下两层（或多层，出于 保温隔热的要求）ETFE 膜材于周边热合在一起，向 层间充气使之成为气枕，平面可为圆形、菱形、多边 形等，如图 4 所示意。多个气枕拼接在一起可覆盖较 大的空间，目前比较大的工程如英国伊甸园温室 （30000 m2）和德国慕尼黑安联足球场（65000 m2） 。
一、引言
ETFE（Ethylene Tetra Fluoro Ethylene）是乙烯-四氟乙烯共聚物，于上世纪七十年代初在美国开始 研究，1974 年、1976 年分别在美国、日本投产，广泛应用于氟塑料行业。目前仅日本、美国、德国等国 少数几个公司可生产 ETFE 膜材，在建筑结构领域使用。 ETFE 膜材是继 PVC（Polyvinyl Chloride 聚氯乙烯）膜材、PTFE（Poly Tetra Fluoro Ethylene 聚四 氟乙烯）膜材之后用于建筑结构的第三大类膜材产品，已在国外一些体育场馆、温室、展厅等中得到应用。 PVC 膜材是在聚酯纤维织物基层上涂覆 PVC，PTFE 膜材是在玻璃纤维上涂覆 PTFE，而 ETFE 膜材没有 纤维织物基层，直接由 ETFE 母料加工而成，而我们仍习惯把它归到膜材这一类别中。 我国膜结构建筑的设计、施工起步较晚，目前大量膜结构工程采用 PVC 膜材，少量为 PTFE 膜材， 极少采用 ETFE 膜材的。但是 ETFE 膜材却在我国 2008 年奥运场馆建设中，国家体育场“鸟巢”和国家游 泳中心“水立方”上大面积应用。
图 1、德国汉诺威足球场（单层 ETFE 膜结构）
膜结构计算中常用的方法有有限元法、力密度法和动力松弛法。这些方法在 ETFE 膜结构的计算中同 样适用，需要注意的是 ETFE 的材料特性。一般情况下，应力在 20MPa 以下，ETFE 膜材为弹性阶段， 弹性模量达 1000MPa，而到 25MPa 后完全进入塑性阶段，直至断裂，如图 2 所示。因此，在设计中，膜 材设计强度的取值，应有所考虑。这一点，PVC、PTFE 类膜结构有同样的问题。 图 3 是国家体育场单层 ETFE 膜结构的一个单元模型。
1
5、内部充气压力与最大等效应力之间的关系 对于一个找形后的模型，即当模型高跨比保持不变时，内部充气压力与膜材表面张力之间也存在着一 定的关系。 下面取四组模型，对它们进行找形后改变内部气压，得到气压－等效应力关系图（图 10） 。这四组模 型分别为：a.、边长 3m，高 400mm；b、边长 3.5m，高 570mm；c、边长 4m，高 620mm； d、边长 4m，高 550mm。 由图 10 可以看出，当模型的边长、高跨比 确定后，膜面的等效应力会随着内部气压的增加 4.5 而线性增大。对于边框长度相同的模型，高度越 大其膜面等效应力就越小。
图 7、气枕找形后有限元模型
3、 等六边形气枕在内压作用下应力分布 由图 8 可以看出，最小应力分布在六个角点，最大应力分布在气枕中心区域，但总的来说，应力较均 匀分布于整个气枕膜面。 图 8 是跨度为 6m， 高度为 0.9m， 膜材厚度 200µm 的气枕在 200Pa 内压作用下的应力分布图。 因受转角 影响，图中 A、B、C、D、E、F 六个区域应力较小， 应力在 2.0Mpa~3.7Mpa 范围变化，应力变化跨度较 大；其余部位应力在 3.7Mpa~4.2Mpa 范围变化，应 力变化跨度较小。总体来说应力在大部分区域分布均 匀。 从文献 5 可以看出，边界为圆形的气枕应力分布 比六边形边界气枕的应力分布要均匀许多，而且六边 形气枕应力较小的区域只集中在转角位置，其余部位 应力变化不大。这说明边界越圆滑应力分布越均匀。 然而，即使六边形气枕找形后的曲面无褶皱，也应该 特别注意转角处低应力的位置，因为这里很容易受力 变形而产生皱纹。因此在设计中应尽量避免将边界处 图 8、等六边形气枕在内压作用下应力分布图 做成过于尖锐的转角，最好将转角修成圆形。 4、最大等效应力与高跨比之间的关系 最大等效应力 σ e 的表达式为： σ = 1 (σ − σ )2 + (σ − σ )2 + (σ − σ )2 2 ，高跨比倒数是图 7 气枕有限 2 2 3 3 1 e 1 2 元模型中所示的跨度与高度的比值即 L/z 。 图 9 是厚 200µm 的膜材，边长分别为 3m，4m，4.5m，5m，5.5m，6m，6.5m 的等边六边形气枕在 充气压力为 100Pa 时的最大等效应力值和高跨比倒数的关系。 由图中可以看出， 在充气压力一定的情况下， 边长一定时， 充气后膜内等效应力随高跨比增加而减小， 等效应力与高跨比倒数成线性关系；而高跨比一定时，充气后膜内等效应力随边长增大而增大。
TORAY 100～300 1.75
Dyneon 110 1.73
30～250 1.75
抗拉强度 破断伸长率 弹性模量 撕裂强度 使用温度 热合温度 透 光 率
50～60 250～400 1000 400～600 -200～150 275 ± 10 96
48 300 965
>60 550 >600
46 425 1100
2.5
2
1.5
图 9、等效应力—高跨比关系图
图 10、气压－等效应力关系图
6、小结 利用 ANSYS 有限元软件可以对充气式膜结构进行找形计算，荷载分析计算，精度在允许范围内。 在对等边六边形气枕初始形态结果比较中发现： （1）找形后的等边六边形气枕表面光滑曲率变化平缓。 （2）应力分布在大部分区域均匀，在转角周围应力变化跨度相对较大，转角处取得应力最小值。应 力较小的部位受荷后引起的变形较大，容易产生皱纹，设计时应引起注意。 （3）充气压力一定、跨度一定的等边六边形气枕，其等效应力随高跨比增加而减小，等效应力与高 跨比倒数成线性关系。 （4）充气压力一定、高跨比一定时，边长越大的气枕其等效应力也越大。 （5）边长一定、高跨比一定时，其等效应力会随着内部气压的增加而线性增大。 （二）静力性能分析 以等六边形气枕为例，讨论均布荷载作用在气枕的上表面时，气枕初始内压、气枕高跨比和薄膜厚度 对气枕内力的影响（图 11） 。