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ETFE氣枕的內(nèi)壓變化

時間:2019-08-12 00:35:15 瀏覽數(shù)：

ETFE氣枕比較常見的是在兩層ETFE膜結(jié)構(gòu)膜面之間充入一定壓力的經(jīng)過干燥除塵的空氣，一般在300Pa左右（此處300Pa指氣枕內(nèi)外的壓力差），從而形成一定剛度的穩(wěn)定形態(tài)，具有了抵抗外部荷載能力。

其中風(fēng)荷載是氣枕設(shè)計時一個主要涉及的荷載類型，但很多設(shè)計人員在進(jìn)行膜面強(qiáng)度校核時并不知如何正確的進(jìn)行風(fēng)荷載的施加，亦不甚了解氣枕受正風(fēng)壓作用和負(fù)風(fēng)壓作用有什么區(qū)別（見圖1，圖2），部分設(shè)計者由于計算軟件的缺乏并不能獲得風(fēng)荷載作用下的氣枕內(nèi)壓，常常直接采用風(fēng)荷載值作用于受風(fēng)膜面進(jìn)行計算，或采用風(fēng)荷載和氣枕初始內(nèi)壓直接疊加施加于受風(fēng)膜面進(jìn)行計算。但因?yàn)闅庹硗ǔ０?、下層兩層柔性的膜面及相對封閉的膜氣腔內(nèi)的空氣，在風(fēng)荷載作用下這三者必將發(fā)生聯(lián)動反應(yīng)：膜面發(fā)生較大的形態(tài)變化，即氣枕體積發(fā)生變化，氣枕內(nèi)壓的也必然會隨之發(fā)生變化，氣枕膜面也必然處于風(fēng)荷載和其內(nèi)壓共同作用。

下面將就雙層ETFE氣枕，即單氣腔氣枕的內(nèi)壓在不同大小的正、負(fù)風(fēng)壓作用下的變化情況作出較為細(xì)致的計算研究，試圖找出這兩者之間的關(guān)系和規(guī)律。在得到風(fēng)荷載下的氣枕的內(nèi)壓后，通過內(nèi)壓和風(fēng)荷載的疊加，從而獲得ETFE氣枕膜的準(zhǔn)確受力情況。

研究方法

為簡化研究，特選擇幾何外觀較為簡單的矩形氣枕作為計算對象，使用Easy軟件中的Easy Volume模塊計算該氣枕在不同風(fēng)荷載作用下的內(nèi)壓值，以尋找其中的一些規(guī)律。該計算模塊可通過控制PV作為常數(shù)來獲得風(fēng)荷載作用下內(nèi)壓值，并同時計算膜面應(yīng)力。

本文分別考慮了表1中8個情形，風(fēng)荷載從0開始，逐步加大其數(shù)值，以獲得相應(yīng)的氣枕內(nèi)壓值：

表1 計算情形列表

說明：氣枕上、下層膜面的對稱性，筆者在做計算分析時省略了一些情形，例如風(fēng)吸力作用于下表面與風(fēng)吸力作用于上表面是類似的，風(fēng)壓力作用于下表面與風(fēng)壓力作用于上表面是類似的，等等。

計算結(jié)果

根據(jù)上一章節(jié)中列出的8個情形，在本章給出了在不同風(fēng)荷載值下的氣枕內(nèi)壓值，以圖表的形式：

通過以上8個情形的計算結(jié)果，我們可以看出氣枕內(nèi)壓的變化是非常近似的，呈現(xiàn)非常明顯的規(guī)律性。

其它情形

本章在上一章節(jié)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步擴(kuò)大了研究范圍：在初始內(nèi)壓基礎(chǔ)上預(yù)先提高內(nèi)壓，再看其在不同風(fēng)荷載下內(nèi)壓的變化，圖11與圖12顯示了情形1和情形2在提高內(nèi)壓至500Pa后的氣枕內(nèi)壓隨風(fēng)荷載變化情況：