伞形膜结构风荷载分布特性的数值模拟研究

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索膜结构作为一种新颖的结构形式，以其独特的建筑造型和诺科的轻质高强性能[2]，正得到日益广泛的应用。传统的风洞试验方法所需的时间长，费用高，而且由于某些相似条件在实验中很难满足，从而在一定程度上降低了实验精度。近年来，伴随着计算机硬件技术的迅速提升以及数值计算科学的发展[3]，在计算机上综合运用CFD数值模拟技术对结构周围绕流流场进行数值模拟已成为一种新的解决该问题的途径。与风洞试验方法相比，CFD数值模拟技术优点在于[4]：费用省、周期短、效率高，可以构造与实际结构尺寸相同的计算模型，方便地变化各种参数等。因此CFD数值模拟技术在索膜结构抗风设计中具有广阔的前景。
    　　基于上述考虑，本文运用CFD数值模拟技术对处于大气边界层底层的伞形膜结构风荷载分布特性进行了系统研究，对其表面风压分布进行了数值模拟。数值模拟依托CFX软件平台，基于雷诺平均模拟（RANS）方法进行。
    　　1 伞形膜结构绕流特性的数值模拟1.1 计算模型（1）结构建模
    　　如图1所示，计算模型为正六边形平面伞形膜结构，底部开敞，其中结构水平投影的外接圆直径为10m，即L=10m，中心为一个半径0.5m的钢环。不设膜内索，形成水平环向曲率变化连续的膜曲面。膜厚度t=lmm，初始预张力T0=2.5kN/m，张拉刚度Et=255kN/m。索的弹性模量为160Gpa，泊松比为
    　　0.3。本文选取如下参数进行计算：
    　　1）风向角（α）： 0°，90°；
    　　2）矢跨比（f/L）：1/12，1/10，1/8；
    　　膜结构有限元模型中，膜面采用shell 41单元，索采用link 10单元，假定索和膜之间没有相对滑动。本文膜结构找形采用了支座位移法和小弹性模量法进行初始找形。
    　　（2）流域建模
    　　根据结构尺寸，计算流域取为120m×80m×40m，膜结构置于整个流域沿流向的1/3位置处。流域设置满足阻塞率<3%的要求，以尽量消除计算域对所关心的模型附近流动状态的影响。对整个流域进行混合网格划分，即在靠近结构的区域使用较密的四面体网格，其余部分采用相对稀疏的结构化六面体网格，在四面体网格与六面体网格过渡处和结构表面附近使用棱柱体网格。流场和网格划分如图2、图3所示，其中网格节点数为6万，网格数为13万，其中非结构网格为8万，结构网格为5万。采用二阶迎风格式离散控制方程。本文的流体计算模型中流体质量密度（空气）均取为1.29kg/m3，粘度μ均取为1.74×10-5 kg/m·s。场地类型为C类，地面粗糙度指数α= 0.22。
    　　（2）出口及壁面边界条件
    　　出流面接近完全发展，采用完全发展出流边界条件（outflow）；流域顶部和两侧采用对称边界条件（symmetry），等价于自由滑移的壁面；膜结构表面和地面采用无滑移的壁面条件（wall），并在地面引入粗糙壁面修正。
    　　2 伞形膜结构风荷载分布特性
    　　2.1 风向角对膜面风荷载分布的影响
    　　伞形膜结构矢跨比f/L =1/10，风速v=20m/s，矢跨比f/ L=1/4，使用瞬态求解。来流风向分别为0°，90°，计算结构表面的风压系数分布。不同风向角作用下的膜面风压系数分布，详见图4～图5。
    　　由于是开敞式膜结构，将膜面对应点的上下表面风压系数相减，得到膜面的净风压系数。计算模型和边界条件关于流向（X轴）对称，数值模拟的结果整体上也成对称分布，初步验证了数值模拟的合理性。根据不同风向角下膜表面风压系数分布图，可以看出，0°风向角时在膜面前缘有强烈的气流分离现象，膜面主要分为两个区域，迎风面为正压区，背风面大部分为负压区，并且在靠近顶部圆环处出现了一个小的正压区。90°风向角时膜面风压分布情况与0°风向角时相似，风压分布系数值稍有不同，最大负压的绝对值比0°风向角时稍大。
    　　2.2 矢跨比对膜面风荷载分布的影响
    　　计算了在风向角α=0°，风速v=20m/s，膜结构在不同矢跨比f/L=1/10，1/8，1/6下结构表面风压系数分布。膜面风压系数分布，详见图6～图8。
    　　根据以上不同矢跨比的膜面风压系数分布图，可知三种情况的风压系数分布规律相似，但具体数值却随矢跨比f/L的变化而变化。随着矢跨比f/L的增大，各个区域的风压分布系数绝对值都增大。而且由于矢跨比f/L增大，迎风面积随之增加，正压区也有所扩大。相对于风向角，伞形膜结构风荷载分布受矢跨比影响较小。 膜结构车棚、膜结构
    　　图9给出了矢跨比f/L的变化对膜面风压分布影响的对比结果。
    　　3 结论
    　　本文采用CFD数值模拟方法对大跨度伞形膜结构表面风荷载分布进行了数值模拟。系统研究了风向角、矢跨比对膜面风压分布的影响，探讨了结构周围流场的绕流特性。主要结论如下：
    　　（1）风向的变化对伞形膜结构风荷载分布起着非常显著的作用。不同风向角下，膜面前缘和顶部圆环处来流分离最为严重，因此在设计时，应注意风向角对膜面风荷载的影响及膜面的局部处理。
    　　（2）对于不同矢跨比，伞形膜结构风压分布规律基本不变，只是具体数值有所不同。随着矢跨比的增大，伞形膜结构最大风压力和风吸力均相应增加，迎风面积随之增加，正压区也有所扩大。
    　　（3）相对于风向角，伞形膜结构风荷载分布受矢跨比影响较小，说明矢跨比的变化对漩涡脱离作用的影响很小。
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  法拉利膜材作为一种高性能的建筑材料，在建筑、汽车及广告等多个领域有着广泛的应用。以下是对法拉利膜材型号、特点及优点的详细分析：
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[b]一、法拉利膜材型号[/b]
法拉利膜材有多种型号，包括但不限于以下几种：1302 S2 Flexlight Advanced：这是一种高性能IV型柔性复合膜材，以其卓越的透光性、耐久性和易维护性而受到青睐。942、1202 S2、1002 S2、902 S2、1212 S2、912 S2：这些型号同样属于法拉利膜材系列，各自具有不同的特性和适用范围，但具体特点需根据具体型号进一步分析。需要注意的是，法拉利膜材的型号可能随着产品更新换代而有所变化，具体型号及其特性请参考最新产品资料。
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[b]二、法拉利膜材特点[/b]
法拉利膜材的特点主要体现在以下几个方面：
1、高强度与耐用性：法拉利膜材采用高强度材料制成，具有良好的抗拉强度和撕裂强度，能够承受较大的外力作用而不易破损。耐用性强，能够在恶劣气候条件下保持稳定的性能，延长使用寿命。
2、透光性与美观性：部分型号如1302 S2 Flexlight Advanced具有高透光性，能够在保持室内光线充足的同时，提供清晰的视野。膜材表面平整光滑，色彩丰富多样，能够满足不同建筑和装饰需求，提升整体美观性。
3、轻质与灵活性：法拉利膜材重量较轻，便于运输和安装，能够降低施工成本和时间。膜材具有一定的柔韧性，能够适应各种复杂形状和结构的设计要求。
4、环保与可回收性：法拉利膜材符合环保要求，部分材料可回收利用，减少了对环境的影响。
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[b]三、法拉利膜材优点[/b]
法拉利膜材的优点主要体现在以下几个方面：
1、提升建筑性能：高强度与耐用性使得法拉利膜材能够提升建筑的稳定性和安全性，延长使用寿命。透光性与美观性使得建筑内部光线充足、视野开阔，同时提升整体美观度。
2、降低施工成本：轻质特性使得运输和安装成本降低，施工效率提高。膜材的柔韧性使得施工更加灵活多变，能够适应各种复杂地形和结构要求。
3、节能环保：部分材料可回收利用，符合环保要求，减少了对环境的影响。良好的透光性能够减少室内照明需求，降低能耗。
4、广泛应用领域：
法拉利膜材不仅适用于建筑领域（如体育设施、商业设施、文化设施、交通设施等），还广泛应用于汽车及广告领域（如高档车辆贴膜保护和装饰、广告招贴等），展现出其多功能的特性。

综上所述，法拉利膜材以其高强度、耐用性、透光性、美观性、轻质灵活性以及环保可回收性等优点，在建筑、汽车及广告等多个领域发挥着重要作用。具体型号的选择应根据实际需求和应用场景进行综合考虑。
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旭硝子总代理商

旭硝子ETFE膜材是一种高性能的建筑材料，由日本旭硝子公司生产。以下是对旭硝子ETFE膜材的详细分析：
[b]一、公司背景与实力[/b]
公司概况：旭硝子株式会社（AGC）是全球知名的材料制造商，成立于1907年，拥有超过百年的历史。作为全球第二大玻璃制品公司，旭硝子的产品不仅限于玻璃制品，还涵盖了ETFE膜材等多种高性能材料。
技术实力：旭硝子在材料科学领域具有深厚的技术积累，其ETFE膜材以其优异的性能和广泛的应用领域在市场上享有很高的声誉。
[b]二、产品特点[/b]
1、高性能：
耐候性：ETFE膜材具有极佳的耐候性，能够抵抗紫外线、高温、低温等极端天气条件的侵蚀，确保长期使用的稳定性。
透光性：ETFE膜材的透光率极高，可高达95%，能够最大限度地引入自然光，减少照明能耗。
自洁性：膜材表面具有自洁功能，雨水冲刷即可保持清洁，减少维护成本。
机械强度：ETFE膜材具有较高的抗拉强度和撕裂强度，能够承受较大的外力作用。
2、多功能性：
耐化学腐蚀：ETFE膜材具有良好的耐化学腐蚀性能，能够在多种化学环境中保持稳定。
防火性：部分ETFE膜材产品达到B1级防火标准，提高了建筑的安全性。
隔音与保温：通过合理的结构设计，ETFE膜材还能提供良好的隔音和保温效果。
3、环保性：
ETFE膜材可回收利用，符合绿色建筑和可持续发展的理念。
[b]三、应用领域[/b]
旭硝子ETFE膜材广泛应用于多个领域，包括但不限于：
建筑领域：作为体育场馆、展览馆、机场航站楼等大型公共建筑的屋顶和墙面覆盖材料，提供美观且耐用的解决方案。
工业领域：在污水处理、空气净化等环保设施中作为覆盖材料使用。
农业领域：用于温室覆盖材料，提高温室的保温性能和透光性。
[b]四、技术创新与发展[/b]
旭硝子不断投入研发资源，致力于ETFE膜材的技术创新和产品升级。通过引进先进的生产设备和工艺技术，不断提升产品的性能和品质。同时，旭硝子还积极与国内外知名科研机构和建筑设计师合作，共同推动ETFE膜材在各个领域的应用和发展。
[b]五、市场认可度与前景[/b]
旭硝子ETFE膜材凭借其优异的性能和广泛的应用领域在市场上赢得了广泛的认可。随着全球对绿色建筑和可持续发展的重视不断加深，旭硝子ETFE膜材的市场前景将更加广阔。未来，旭硝子将继续加大在技术创新和产品研发上的投入力度，为客户提供更加优质、高效、环保的建筑材料解决方案。
综上所述，旭硝子ETFE膜材是一种高性能、多功能的建筑材料，在建筑、工业、农业等多个领域具有广泛的应用前景。