膜結(jié)構(gòu)
關(guān)注創(chuàng)建者：寒寒boy 創(chuàng)建時(shí)間：2018-01-18
膜結(jié)構(gòu)的實(shí)例教程
膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，找形分析是一個(gè)關(guān)鍵步驟，通過(guò)找形分析獲得膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)，以此作為荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)的依據(jù)。絕大多數(shù)膜結(jié)構(gòu)具有比較奇異復(fù)雜的造型，對(duì)其利用CFD方法進(jìn)行風(fēng)荷載分析，以及進(jìn)一步流固耦合分析，是目前新興熱點(diǎn)的研究方向。但如何通過(guò)找形后的結(jié)果重新建立膜結(jié)構(gòu)——流場(chǎng)的復(fù)雜模型是一個(gè)比較麻煩的工作，非常耗時(shí)費(fèi)力。已有的個(gè)別文獻(xiàn)多針對(duì)一些簡(jiǎn)單的膜結(jié)構(gòu)建立耦合物理模型，建模工作相對(duì)簡(jiǎn)單，可適用于科研研究，但對(duì)于復(fù)雜的工程實(shí)踐而言，操作性較差。
以往一般的做法往往通過(guò)專(zhuān)業(yè)的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件獲得找形模型，根據(jù)找形結(jié)果，采用專(zhuān)業(yè)3DCAD軟件重新擬合膜曲面，眾所周知，網(wǎng)格模型逆向生成多義面，存在精度損失，網(wǎng)格面越復(fù)雜，精度損失越大。ADINA8.6增加了stl格式幾何文件的導(dǎo)入和輸出功能，極大方便了此類(lèi)問(wèn)題的處理。
過(guò)程總結(jié)如下：
利用ADINA的膜單元（2D SOLID membrane選項(xiàng)）建立零狀態(tài)膜結(jié)構(gòu)模型，采用小彈性模量法、降溫法和支座提升法實(shí)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)找形。膜結(jié)構(gòu)找形的操作在此不贅述，有興趣的朋友可以多查查各大專(zhuān)業(yè)論壇。我03年在鋼結(jié)構(gòu)論壇發(fā)了很多用ansys做膜結(jié)構(gòu)找形的帖子，可供參考。
2、
在A(yíng)DINA后處理中將找形得到的網(wǎng)格直接輸出為stl格式幾何。
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大多數(shù)3Dcad程序均較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)格面的三維曲面逆向生成，本帖子的方法是：直接將stl模型文件導(dǎo)入icem cfd，很傻瓜，icem自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了曲面的轉(zhuǎn)換，且非常光滑。依據(jù)流場(chǎng)尺度和膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在icem中完成流場(chǎng)——膜結(jié)構(gòu)三維幾何模型的構(gòu)建，很簡(jiǎn)單，一般只需要添加幾條線(xiàn)就可以了。
4、直接利用icem完成耦合場(chǎng)模型網(wǎng)格劃分，導(dǎo)入adina。
展開(kāi) 膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，找形分析是一個(gè)關(guān)鍵步驟，通過(guò)找形分析獲得膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)，以此作為荷載分析、裁剪設(shè)計(jì)的依據(jù)。絕大多數(shù)膜結(jié)構(gòu)具有比較奇異復(fù)雜的造型，對(duì)其利用CFD方法進(jìn)行風(fēng)荷載分析，以及進(jìn)一步流固耦合分析，是目前新興熱點(diǎn)的研究方向。但如何通過(guò)找形后的結(jié)果重新建立膜結(jié)構(gòu)——流場(chǎng)的復(fù)雜模型是一個(gè)比較麻煩的工作，非常耗時(shí)費(fèi)力。已有的個(gè)別文獻(xiàn)多針對(duì)一些簡(jiǎn)單的膜結(jié)構(gòu)建立耦合物理模型，建模工作相對(duì)簡(jiǎn)單，可適用于科研研究，但對(duì)于復(fù)雜的工程實(shí)踐而言，操作性較差。
以往一般的做法往往通過(guò)專(zhuān)業(yè)的膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件獲得找形模型，根據(jù)找形結(jié)果，采用專(zhuān)業(yè)3DCAD軟件重新擬合膜曲面，眾所周知，網(wǎng)格模型逆向生成多義面，存在精度損失，網(wǎng)格面越復(fù)雜，精度損失越大。ADINA8.6增加了stl格式幾何文件的導(dǎo)入和輸出功能，極大方便了此類(lèi)問(wèn)題的處理。
過(guò)程總結(jié)如下：
1、
利用ADINA的膜單元（2D SOLID membrane選項(xiàng)）建立零狀態(tài)膜結(jié)構(gòu)模型，采用小彈性模量法、降溫法和支座提升法實(shí)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)找形。膜結(jié)構(gòu)找形的操作在此不贅述，有興趣的朋友可以多查查各大專(zhuān)業(yè)論壇。我03年在鋼結(jié)構(gòu)論壇發(fā)了很多用ansys做膜結(jié)構(gòu)找形的帖子，可供參考。
2、
在A(yíng)DINA后處理中將找形得到的網(wǎng)格直接輸出為stl格式幾何。
3、
大多數(shù)3Dcad程序均較難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)格面的三維曲面逆向生成，本帖子的方法是：直接將stl模型文件導(dǎo)入icem cfd，很傻瓜，icem自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了曲面的轉(zhuǎn)換，且非常光滑。依據(jù)流場(chǎng)尺度和膜結(jié)構(gòu)的關(guān)系，在icem中完成流場(chǎng)——膜結(jié)構(gòu)三維幾何模型的構(gòu)建，很簡(jiǎn)單，一般只需要添加幾條線(xiàn)就可以了。
4、
直接利用icem完成耦合場(chǎng)模型網(wǎng)格劃分，導(dǎo)入adina。在adina中完成邊界和湍流參數(shù)即可計(jì)算。
這種方法由于找形曲面信息丟失、精度損失很少，在工程上具有相當(dāng)精度，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工程的流場(chǎng)模型構(gòu)建。
展開(kāi) 通過(guò)一個(gè)被他稱(chēng)為“反應(yīng)-擴(kuò)散”的過(guò)程，這兩種組分將會(huì)自發(fā)地自組織成斑紋、條紋、環(huán)紋、螺旋或是斑駁的斑點(diǎn)等結(jié)構(gòu)。后來(lái)的科學(xué)家證實(shí)了這個(gè)猜想，并將這類(lèi)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為“圖靈結(jié)構(gòu)”。
貝殼上的斑圖（圖片來(lái)源：Bishougai-HP/Science）
圖靈結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的示意圖。左邊是指在反應(yīng)-擴(kuò)散過(guò)程中兩個(gè)反應(yīng)物——活化劑和抑制劑的相互作用；右邊是該過(guò)程中產(chǎn)生的兩種典型圖靈結(jié)構(gòu)。
最近，長(zhǎng)期從事膜科學(xué)研究的浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院張林教授團(tuán)隊(duì)把圖靈結(jié)構(gòu)與膜研究結(jié)合起來(lái)，第一次在薄膜上制造出了納米尺度的圖靈結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)首次面向應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建圖靈結(jié)構(gòu)的研究成果，于北京時(shí)間5月4日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》上。
浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院2014級(jí)博士生譚喆為本文的第一作者，張林教授為本文的通訊作者。化學(xué)工程與生物工程學(xué)院陳圣福教授、化學(xué)工程與生物工程學(xué)院兼職教授高從堦院士和浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院彭新生教授合作參與了課題研究。
減慢反應(yīng)物的擴(kuò)散“步伐”
界面聚合制備超薄分離膜技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)80年代問(wèn)世沿用至今，已經(jīng)相當(dāng)成熟，但同是界面聚合制備的納濾膜和反滲透膜雖然制備工藝和反應(yīng)機(jī)理完全一致，但兩者的表面結(jié)構(gòu)卻差異很大：納濾膜表面光滑，而反滲透膜表面呈峰谷結(jié)構(gòu)，較為粗糙。
為什么會(huì)有如此明顯的差別？至今沒(méi)有明確的定論，也未有深究這個(gè)問(wèn)題。
張林團(tuán)隊(duì)決定對(duì)這個(gè)被“忽視”的問(wèn)題進(jìn)行深入研究。在深究差異原因時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)界面聚合過(guò)程屬于典型的“反應(yīng)-擴(kuò)散”體系。這個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)，讓他們很快聯(lián)想到了圖靈結(jié)構(gòu)的形成條件。“我們?cè)诜治霾町愒虻倪^(guò)程中就在想，有沒(méi)有可能把納濾膜做成圖靈結(jié)構(gòu)？”
展開(kāi) 反之，在保持索的預(yù)張力不變的情況下，降低膜的預(yù)張力將減小結(jié)構(gòu)的曲率，使得曲面變得較為平坦，例如將膜的預(yù)應(yīng)力減小到原來(lái)的一半，即sx =sy =1×107 N/m2，得到的成形圖如圖17所示。
圖16: 膜面預(yù)應(yīng)力增加至原來(lái)的1.5倍
圖17: 膜面預(yù)應(yīng)力減小至原來(lái)的一半
四．結(jié)論
本文針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的索膜結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題－找形，提出了ANSYS進(jìn)行找形分析的解決方案，并用實(shí)例驗(yàn)證了這種方法的有效性。以此為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步使用ANSYS的強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析、多物理場(chǎng)分析技術(shù)非常方便有效地針對(duì)找形得到的索膜結(jié)構(gòu)平衡形態(tài)，考慮該結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)的相互作用以及復(fù)雜載荷物理環(huán)境，從系統(tǒng)級(jí)、耦合的層次進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以校核其受力性能、安全性能，為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
有效地實(shí)現(xiàn)索膜找形分析也將進(jìn)一步拓展ANSYS在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
展開(kāi) 李桂花
上海安世亞太公司
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于橋梁、建筑和外墻等領(lǐng)域。在仿真當(dāng)中如何考慮混凝土結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)筋作用呢？
第一種方法，直觀(guān)上使用實(shí)體對(duì)混凝土和鋼筋進(jìn)行完全幾何建模。在這種方法中，鋼筋所在的混凝土體有空隙，鋼筋本身填充這些空隙。這種方法鋼筋和混凝土之間的網(wǎng)格共節(jié)點(diǎn)（或接觸關(guān)系）比較好處理，但只適用于小型模型的建模，且劃分網(wǎng)格不方便，計(jì)算量大，工程上較少采用。
第二種方法，工程上一般將鋼筋模型等效為梁?jiǎn)卧幚恚炷聊Ｐ偷刃槿S實(shí)體單元。此時(shí)需要處理的是梁?jiǎn)卧蛯?shí)體單元共節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，仿真中建議建模梁?jiǎn)卧臅r(shí)候根據(jù)實(shí)體幾何線(xiàn)建模，并把實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧M件在scdm中處理成merge或者share的形式。這種方法模型處理比較繁瑣，根據(jù)幾何線(xiàn)建模梁?jiǎn)卧枰獙?duì)實(shí)體單元進(jìn)行切割。
SCDM中處理梁和實(shí)體共節(jié)點(diǎn)
第三種方法是將混凝土建模為沒(méi)有空隙和沒(méi)有鋼筋的幾何實(shí)體，并對(duì)鋼筋單元進(jìn)行獨(dú)立建模（建模時(shí)無(wú)需共節(jié)點(diǎn)），然后通過(guò)REINF26X系列單元完成鋼筋分配。該系列單元主要含REINF263 (2D)、REINF264 (3D)和REINF265 (3D)單元，又稱(chēng)加強(qiáng)筋（用于梁加強(qiáng)）或者加強(qiáng)膜（用于殼體加強(qiáng)）單元，主要與“基礎(chǔ)”單元結(jié)合使用，并共節(jié)點(diǎn)。
REINF264單元（3D增強(qiáng)單元）
2020R2版本之前需要通過(guò)命令流實(shí)現(xiàn)，主要步驟如下：
1. 生成基礎(chǔ)單元
2.
展開(kāi) 
膜結(jié)構(gòu)的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
膜結(jié)構(gòu)的最新內(nèi)容
成相膜的關(guān)鍵特征是“致密性”和“覆蓋性”：膜層結(jié)構(gòu)緊密，孔隙率極低，能有效阻擋離子的遷移與擴(kuò)散；同時(shí)，膜與金屬基體結(jié)合牢固，不易脫落，確保長(zhǎng)期防護(hù)效果。例如，不銹鋼表面的鈍化膜主要由Cr?O?組成，這層膜結(jié)構(gòu)致密、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，即便受到輕微劃傷，也能在空氣中快速自愈，繼續(xù)發(fā)揮防護(hù)作用。
利用軟件像質(zhì)評(píng)估工具，獲取 MTF、點(diǎn)列圖、波前誤差與畸變曲線(xiàn)，量化評(píng)價(jià)成像清晰度；通過(guò)輻照度分布分析，優(yōu)化微透鏡排布與光源匹配關(guān)系，提升投影面均勻性；借助雜散光路徑提取與關(guān)鍵面篩選功能，定位散射源頭并優(yōu)化膜層與結(jié)構(gòu)，將雜散光抑制至設(shè)計(jì)閾值以下。
Techwiz LCD 2D新增Lens掩膜結(jié)構(gòu)，可以方便快捷的對(duì)LC 透鏡進(jìn)行建模分析。
LC透鏡由于體積小、焦距可變等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是光學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)很有前景的研究領(lǐng)域。在有限的空間內(nèi)改變焦距是可能的，因?yàn)長(zhǎng)C材料的折射率可以通過(guò)施加電壓來(lái)調(diào)節(jié)。
Techwiz LCD 2D新的Lens掩膜結(jié)構(gòu)
1. 摘要
Techwiz LCD 2D新增Lens掩膜結(jié)構(gòu)，可以方便快捷的對(duì)LC 透鏡進(jìn)行建模分析。 LC透鏡由于體積小、焦距可變等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是光學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)很有前景的研究領(lǐng)域。在有限的空間內(nèi)改變焦距是可能的，因?yàn)長(zhǎng)C材料的折射率可以通過(guò)施加電壓來(lái)調(diào)節(jié)。
最簡(jiǎn)單的減反射膜結(jié)構(gòu)是單層減反射膜，其主要是針對(duì)特定波長(zhǎng)的減反射，主要原理是光波的干涉相消/相長(zhǎng)。對(duì)于單層減反射膜來(lái)說(shuō)，理想厚度為1/4入射光波長(zhǎng)。在本例中，假設(shè)了一個(gè)折射率為1.5的基板，并且空氣折射率為1
1. 建模任務(wù)
1.1基本結(jié)構(gòu)
2.
VirtualLab Fusion應(yīng)用：功能性薄膜3個(gè)月前
現(xiàn)代膜層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常包含數(shù)百個(gè)不同的層。然而，在許多情況下，如果沒(méi)有給出結(jié)構(gòu)參數(shù)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整建模是不必要的或不可能的。對(duì)于這種情況，VirtualLab Fusion 提供了Functional Coatings，用戶(hù)可以通過(guò)指定或?qū)敕瓷渎屎屯干渎蕯?shù)據(jù)來(lái)生成理想的膜層。
VirtualLab Fusion應(yīng)用：功能性薄膜4個(gè)月前
摘要
現(xiàn)代膜層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常包含數(shù)百個(gè)不同的層。然而，在許多情況下，如果沒(méi)有給出結(jié)構(gòu)參數(shù)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整建模是不必要的或不可能的。對(duì)于這種情況，VirtualLab Fusion 提供了Functional Coatings，用戶(hù)可以通過(guò)指定或?qū)敕瓷渎屎屯干渎蕯?shù)據(jù)來(lái)生成理想的膜層。
超表面高階微分器助力光學(xué)計(jì)算突破4個(gè)月前
應(yīng)用前景：從圖像處理到納米制造
1.實(shí)時(shí)圖像處理
超表面微分器可集成于顯微鏡或攝像頭中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)邊緣增強(qiáng)、相位成像，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，無(wú)需染色即可觀(guān)察透明樣本的相位細(xì)節(jié)（如細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)）。
2.半導(dǎo)體納米制造
在芯片光刻工藝中，多層掩模的對(duì)準(zhǔn)精度直接決定電路性能。傳統(tǒng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)受限于衍射極限，而基于超表面的超分辨率探測(cè)器可將對(duì)準(zhǔn)精度提升至亞微米級(jí)（圖5）。
3、創(chuàng)建的新項(xiàng)目中默認(rèn)采用波長(zhǎng)為510nm的光源，默認(rèn)的薄膜也只有一層，用戶(hù)可以在此窗口中定義所需的光源和膜系結(jié)構(gòu)。
導(dǎo)入四層AR膜
1、點(diǎn)擊“從光學(xué)薄膜庫(kù)導(dǎo)入”，就可以從薄膜庫(kù)中導(dǎo)入所需薄膜。
2、在薄膜庫(kù)中，選擇“Four Layer AR”，再點(diǎn)擊替換就可將選中的四層AR膜導(dǎo)入到項(xiàng)目中。
該算法通過(guò)在初始結(jié)構(gòu)中不斷插入極薄的“針層”，并結(jié)合局部?jī)?yōu)化方法，逐步構(gòu)建出滿(mǎn)足性能要求的膜層結(jié)構(gòu)。當(dāng)前設(shè)計(jì)目標(biāo)是最小化在 0° 入射條件下、波長(zhǎng)為 532?nm 和 1064?nm 處的反射率。
關(guān)于優(yōu)化的更多信息: Tutorial: Optimization Workflow
在優(yōu)化迭代中，選取一次評(píng)價(jià)函數(shù)值較小的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。該結(jié)構(gòu)共包含 5 層膜。
