膜結構的案例
妙用Stl幾何輸出輸入功能建立膜結構多場耦合模型
膜結構設計中，找形分析是一個關鍵步驟，通過找形分析獲得膜結構的初始形態，以此作為荷載分析、裁剪設計的依據。絕大多數膜結構具有比較奇異復雜的造型，對其利用CFD方法進行風荷載分析，以及進一步流固耦合分析，是目前新興熱點的研究方向。但如何通過找形后的結果重新建立膜結構——流場的復雜模型是一個比較麻煩的工作，非常耗時費力。已有的個別文獻多針對一些簡單的膜結構建立耦合物理模型，建模工作相對簡單，可適用于科研研究，但對于復雜的工程實踐而言，操作性較差。
以往一般的做法往往通過專業的膜結構設計軟件獲得找形模型，根據找形結果，采用專業3DCAD軟件重新擬合膜曲面，眾所周知，網格模型逆向生成多義面，存在精度損失，網格面越復雜，精度損失越大。ADINA8.6增加了stl格式幾何文件的導入和輸出功能，極大方便了此類問題的處理。
過程總結如下：
利用ADINA的膜單元（2D SOLID membrane選項）建立零狀態膜結構模型，采用小彈性模量法、降溫法和支座提升法實現膜結構找形。膜結構找形的操作在此不贅述，有興趣的朋友可以多查查各大專業論壇。我03年在鋼結構論壇發了很多用ansys做膜結構找形的帖子，可供參考。
2、
在ADINA后處理中將找形得到的網格直接輸出為stl格式幾何。
3、+ X- H6 h6 m. T0 ~7 q% ]0 \
大多數3Dcad程序均較難實現復雜網格面的三維曲面逆向生成，本帖子的方法是：直接將stl模型文件導入icem cfd，很傻瓜，icem自動實現了曲面的轉換，且非常光滑。依據流場尺度和膜結構的關系，在icem中完成流場——膜結構三維幾何模型的構建，很簡單，一般只需要添加幾條線就可以了。
4、直接利用icem完成耦合場模型網格劃分，導入adina。
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膜結構設計中，找形分析是一個關鍵步驟，通過找形分析獲得膜結構的初始形態，以此作為荷載分析、裁剪設計的依據。絕大多數膜結構具有比較奇異復雜的造型，對其利用CFD方法進行風荷載分析，以及進一步流固耦合分析，是目前新興熱點的研究方向。但如何通過找形后的結果重新建立膜結構——流場的復雜模型是一個比較麻煩的工作，非常耗時費力。已有的個別文獻多針對一些簡單的膜結構建立耦合物理模型，建模工作相對簡單，可適用于科研研究，但對于復雜的工程實踐而言，操作性較差。
以往一般的做法往往通過專業的膜結構設計軟件獲得找形模型，根據找形結果，采用專業3DCAD軟件重新擬合膜曲面，眾所周知，網格模型逆向生成多義面，存在精度損失，網格面越復雜，精度損失越大。ADINA8.6增加了stl格式幾何文件的導入和輸出功能，極大方便了此類問題的處理。
過程總結如下：
1、
利用ADINA的膜單元（2D SOLID membrane選項）建立零狀態膜結構模型，采用小彈性模量法、降溫法和支座提升法實現膜結構找形。膜結構找形的操作在此不贅述，有興趣的朋友可以多查查各大專業論壇。我03年在鋼結構論壇發了很多用ansys做膜結構找形的帖子，可供參考。
2、
在ADINA后處理中將找形得到的網格直接輸出為stl格式幾何。
3、
大多數3Dcad程序均較難實現復雜網格面的三維曲面逆向生成，本帖子的方法是：直接將stl模型文件導入icem cfd，很傻瓜，icem自動實現了曲面的轉換，且非常光滑。依據流場尺度和膜結構的關系，在icem中完成流場——膜結構三維幾何模型的構建，很簡單，一般只需要添加幾條線就可以了。
4、
直接利用icem完成耦合場模型網格劃分，導入adina。在adina中完成邊界和湍流參數即可計算。
這種方法由于找形曲面信息丟失、精度損失很少，在工程上具有相當精度，可以實現復雜工程的流場模型構建。
展開 《Science》：浙大成功研發具有圖靈結構的新型分離膜！
通過一個被他稱為“反應-擴散”的過程，這兩種組分將會自發地自組織成斑紋、條紋、環紋、螺旋或是斑駁的斑點等結構。后來的科學家證實了這個猜想，并將這類結構稱為“圖靈結構”。
貝殼上的斑圖（圖片來源：Bishougai-HP/Science）
圖靈結構產生的示意圖。左邊是指在反應-擴散過程中兩個反應物——活化劑和抑制劑的相互作用；右邊是該過程中產生的兩種典型圖靈結構。
最近，長期從事膜科學研究的浙江大學化學工程與生物工程學院張林教授團隊把圖靈結構與膜研究結合起來，第一次在薄膜上制造出了納米尺度的圖靈結構。這項首次面向應用領域構建圖靈結構的研究成果，于北京時間5月4日發表在國際頂級期刊《科學》上。
浙江大學化學工程與生物工程學院2014級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。化學工程與生物工程學院陳圣福教授、化學工程與生物工程學院兼職教授高從堦院士和浙江大學材料科學與工程學院彭新生教授合作參與了課題研究。
減慢反應物的擴散“步伐”
界面聚合制備超薄分離膜技術從上個世紀80年代問世沿用至今，已經相當成熟，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機理完全一致，但兩者的表面結構卻差異很大：納濾膜表面光滑，而反滲透膜表面呈峰谷結構，較為粗糙。
為什么會有如此明顯的差別？至今沒有明確的定論，也未有深究這個問題。
張林團隊決定對這個被“忽視”的問題進行深入研究。在深究差異原因時，他們發現界面聚合過程屬于典型的“反應-擴散”體系。這個令人興奮的發現，讓他們很快聯想到了圖靈結構的形成條件。“我們在分析差異原因的過程中就在想，有沒有可能把納濾膜做成圖靈結構？”
展開 ANSYS-膜結構找形分析技術
反之，在保持索的預張力不變的情況下，降低膜的預張力將減小結構的曲率，使得曲面變得較為平坦，例如將膜的預應力減小到原來的一半，即sx =sy =1×107 N/m2，得到的成形圖如圖17所示。
圖16: 膜面預應力增加至原來的1.5倍
圖17: 膜面預應力減小至原來的一半
四．結論
本文針對建筑結構中常見的索膜結構的關鍵問題－找形，提出了ANSYS進行找形分析的解決方案，并用實例驗證了這種方法的有效性。以此為基礎，可以進一步使用ANSYS的強大的結構分析、多物理場分析技術非常方便有效地針對找形得到的索膜結構平衡形態，考慮該結構與其它結構的相互作用以及復雜載荷物理環境，從系統級、耦合的層次進行結構分析以校核其受力性能、安全性能，為設計提供依據。
有效地實現索膜找形分析也將進一步拓展ANSYS在建筑領域的應用前景。
展開 
技術分享｜Ansys軟件如何考慮結構中加強筋（加強膜）作用？
李桂花
上海安世亞太公司
鋼筋混凝土結構廣泛應用于橋梁、建筑和外墻等領域。在仿真當中如何考慮混凝土結構中的加強筋作用呢？
第一種方法，直觀上使用實體對混凝土和鋼筋進行完全幾何建模。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格共節點（或接觸關系）比較好處理，但只適用于小型模型的建模，且劃分網格不方便，計算量大，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單元處理，混凝土模型等效為三維實體單元。此時需要處理的是梁單元和實體單元共節點問題，仿真中建議建模梁單元的時候根據實體幾何線建模，并把實體單元和梁單元組件在scdm中處理成merge或者share的形式。這種方法模型處理比較繁瑣，根據幾何線建模梁單元，需要對實體單元進行切割。
SCDM中處理梁和實體共節點
第三種方法是將混凝土建模為沒有空隙和沒有鋼筋的幾何實體，并對鋼筋單元進行獨立建模（建模時無需共節點），然后通過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，又稱加強筋（用于梁加強）或者加強膜（用于殼體加強）單元，主要與“基礎”單元結合使用，并共節點。
REINF264單元（3D增強單元）
2020R2版本之前需要通過命令流實現，主要步驟如下：
1. 生成基礎單元
2.
展開 原創分享｜Ansys軟件如何考慮結構中加強筋（加強膜）作用？
自2012年起在安世亞太上海分公司擔任結構應用工程師，負責結構產品在機械、電子等行業的推廣和應用，主要參與的合作項目有重型機械預緊分析、醫療儀器成型分析、電子插拔件分析、剎車片摩擦生熱模擬、ECU電子產品抗振分析等，對Ansys結構軟件應用有豐富的使用經驗和行業應用經驗。
共聚焦顯微鏡在光學膜片表面微結構測量中的應用
光學膜片作為背光顯示模組的核心材料，其對光線的匯聚效果決定著背光模組的效能，進而直接影響著液晶面板的顯像效果。而光學膜片對光線的匯聚效果則是由分布在其表面的陣列微結構的輪廓尺寸所決定，因而需要對微結構的輪廓尺寸參數進行檢測與管控，以滿足設計要求和確保最終液晶面板有著良好的顯像效果。
光學膜片
光學膜片工件具有尺寸大、輕薄的特點，其重心易受空氣流動而產生抖動，其表面呈透明反射率低的特征，且微結構有微棱鏡結構、微透鏡結構和金字塔結構等多種類型，均具備較大的傾角特征，整體輪廓尺寸又在微米量級因而精度要求到亞微米級。針對具有四個測量難點的光學膜片檢測需求，在微納級檢測儀器領域面臨著精度夠的角度測量能力不足、角度測量能力夠的精度無法滿足要求的窘境。
共聚焦顯微鏡搭配50×、100×高數值孔徑的APO復消色差物鏡。在測量時由于其基于鏡頭焦深的原理不會受到樣件本身輕微抖動的影響，同時高倍APO物鏡所具有的大角度測量能力搭配儀器自身納米級的掃描分辨率，能夠輕松實現透明表面微結構的3D圖像重建和輪廓尺寸的高精度測量，在下述視頻中可直觀的了解光學膜片表面微結構的測量過程。
中圖儀器共聚焦顯微鏡能夠對光學膜表面微結構實現快速自動化測量，并提供高度、寬度和角度等一系列輪廓尺寸參數對表面質量進行表征，幫助客戶實現光學膜片表面質量的檢測與管控。
如圖所示，在實現表面微結構3D圖像的高精度重建與測量的同時，共聚焦顯微鏡以其明顯優于金相顯微鏡的橫向分辨率，也能夠提供表面微結構的清晰影像圖片，幫助更細致的觀察微結構的表面特征，從圖像可知，在高倍率鏡頭下，棱鏡峰側壁的刀具磨損紋路痕跡明顯，金字塔頂和底部界限分明，微透鏡表面粒子邊緣清晰。
展開 基于Materials Studio（MS）軟件對金表面自組裝膜的結構進行優化
此法收斂性較好，但對分子起始結構要求較高，因此常與最陡下降法聯合使用，先用最陡下降法優化，再用共軛梯度法優化至收斂。
3）牛頓方法（Newton），以二階導數方法求得極小值。此法的收斂很迅速，也常與最陡下降法聯合使用。
4）綜合法（Smart Minimizer），該方法可以混合最陡下降法，共軛梯度法和牛頓法進行結構優化，在MS中是可選擇的。
點開各種方法后面的More，可設定收斂精度（Convergence），算法（Algorithm）和一維搜索（Line search，指每一次迭代中的精度）等。
Smart Minimizer中，只有共軛梯度法和牛頓法才可以選擇不同的算法：
Smart Minimizer中，牛頓法可以設定最大的原子數，如果體系的原子數大于所設定的值，則計算是會自動地轉為前面設定的收斂法（共軛梯度法或最陡下降法），收斂精度會改為共軛梯度法的默認收斂精度值。
Au（111）表面磺酸甜菜堿封端封端癸烷基硫醇自組裝單層膜MS結構優化過程
盒子尺寸：34.609×29.970×91.91874?
水層：20 ?，水密度為1g/cm3
真空層：40 ?（以避免鏡像重疊，更好地模擬表面）
分子力學模擬設置
分子力場采用COMPASS，截斷半徑為12.5 ?，計算范德華作用和庫侖力作用的加和方法采用Atom Based，迭代方法采用Smart Minimizer。
計算結果
展開 意大利速成版“火神山”-Abaqus充氣帳篷模擬 ￥99.99
01-意大利“火神山”與膜結構建筑
“4個小時搭建700平米帳篷，意大利‘火神山’醫院長這樣”......這幾天意大利的新增病例暴增，醫院床位告急，政府搭建的充氣帳篷版“火神山”醫院火了，惹得中國網友們又心疼又想笑。
圖片來源：IL TEMPO
充氣帳篷屬于膜結構建筑，材質多為PTFE、PVDF等膜材，通常采用骨架支撐、索拉張力或充氣等方式來提高膜結構的承載能力，在一些體育場館、車站棚頂、觀景臺棚頂等公共場所經常可以看到這種東西。
充氣膜結構建筑施工快捷、拆除方便，這次出現在意大利應對疫情的戰場，雖然功能性不及中國“火神山”醫院，但從快速響應的角度來說，意政府采用這種膜結構建筑也算是明智之舉吧。
之前給客戶算過一些膜結構的工程，這期文章借此話題談談Abaqus中氣囊（膜）的幾種充氣模擬實現方法。
02-Abaqus充氣帳篷模擬
充氣帳篷施工時，將帳篷從包中取出鋪在地上，用氣泵往帳篷內部加壓，一般幾十秒到數十分鐘即可完成展開，展開時間取決于帳篷的尺寸和氣泵功率，使用Abaqus可以完成帳篷的充氣過程模擬。
帳篷充氣
在此類問題中，對于展開接觸中出現氣囊接觸粘結的情況，技術上一般可以通過修改inp文件添加FOLD TRACKING等接觸控制選項來改善。
氣囊展開接觸控制
03-Abaqus中常用的氣囊充氣模擬方法
Abaqus中有3種最常用的氣囊充氣展開過程模擬方法，分別是UPM、CEL、LKM。
展開 哈工大《Adv Mater》：一種微結構超薄膜實現水蒸發高效凈化！
d）分別通過常規多孔膜（以石墨氈作為對照樣品）和MPS-PPy膜在原河水中，蒸餾水中的溶解有機物的3D熒光光譜。
總之，本文報告了通過模板輔助電聚合過程開發的微金字塔結構PPy膜，該膜對水和VOC具有選擇性滲透性。在太陽蒸發過程中，VOC的蒸發量達到了90％。 MPS-PPy膜的VOC截留行為歸因于其對水和VOC的選擇性溶液擴散行為，這已通過仿真和實驗結果得到驗證。微型金字塔結構不僅減少了光反射，從而提高了MPS-PPy膜的光熱效率，而且還增加了空氣/ PPy膜界面的面積，從而可以提供更大的表面積來產生蒸汽。
因此，金字塔結構保持了滲透選擇性和產水能力之間的平衡。此外，基于溶液的簡便模板輔助電聚合工藝可制造出薄，均勻且大面積的MPS-PPy膜。所有這些特性使MPS-PPy膜成為太陽蒸發的理想選擇。在一個標準太陽光（1 kW m–2）照射下，其蒸發效率為1.12 kg m–2 h–1。作為概念的證明，MPS-PPy膜用于自然環境中的海水蒸發，冷凝水的離子濃度符合飲用水標準。此外，MPS-PPy膜還成功攔截了河水中的VOC。這些優點清楚地表明了使用MPS-PPy膜進行有效的VOC攔截的太陽能水凈化的可行性。此外，與催化氧化替代方法相比，基于溶液擴散的VOC攔截方法具有不需要昂貴的氧化劑且不產生有機副產物的優點。（文：SSC）
展開 體育場罩棚覆膜分析
工程實例，寶安體育場的索膜結構
寶安體育場（圖片來源：百度百科）
ABAQUS實現膜結構設計
考慮鋼拱的膜結構模型
分析結果——膜結構
[TechwizD和TX液晶顯示軟件] Techwiz LCD 2D應用：二維LC透鏡建模分析
Techwiz LCD 2D新的Lens掩膜結構
1. 摘要
Techwiz LCD 2D新增Lens掩膜結構，可以方便快捷的對LC 透鏡進行建模分析。 LC透鏡由于體積小、焦距可變等優點，被認為是光學系統中一個很有前景的研究領域。在有限的空間內改變焦距是可能的，因為LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz LCD 2D進行光程差和焦距的計算，以及包括施加電壓的LC導向分布在內的高級LC分析。
2. 建模流程
1. 增加了生成2D透鏡(Lens)結構的功能。
1） 添加掩膜:
2） 生成透鏡掩膜結構（Taper Model：Lens）
3） 設置“透鏡厚度”、“曲率半徑”和“分層數”
半徑: 輸入鏡頭的曲率半徑。
分層數: 輸入鏡頭的分層數。(隨著層數的增加，曲面變得更像一個圓)
3. 結果分析
光線追跡和LC透鏡焦點分析
展開 Techwiz LCD 2D應用：二維LC透鏡建模分析
Techwiz LCD 2D新的Lens掩膜結構
1. 摘要
Techwiz LCD 2D新增Lens掩膜結構，可以方便快捷的對LC 透鏡進行建模分析。LC透鏡由于體積小、焦距可變等優點，被認為是光學系統中一個很有前景的研究領域。在有限的空間內改變焦距是可能的，因為LC材料的折射率可以通過施加電壓來調節。在LC透鏡結構中，可以通過TechWiz LCD 2D進行光程差和焦距的計算，以及包括施加電壓的LC導向分布在內的高級LC分析。
2. 建模流程
1. 增加了生成2D透鏡(Lens)結構的功能。
1） 添加掩膜:
2） 生成透鏡掩膜結構（Taper Model：Lens）
3） 設置“透鏡厚度”、“曲率半徑”和“分層數”
半徑: 輸入鏡頭的曲率半徑。
分層數: 輸入鏡頭的分層數。(隨著層數的增加，曲面變得更像一個圓)
3. 結果分析
光線追跡和LC透鏡焦點分析
展開 從紅外顯微鏡看聚合物薄膜的化學構成
使用紅外顯微鏡表征聚合物薄膜的化學結構
■ PerkinElmer, Inc. / Ian Robertson
引言
多層高分子膜在各行業中應用非常廣泛。其中一個主要用途是食品和消耗品的包裝材料。由于包裝膜需要滿足各種需求來保護其內部的產品，所以多層膜通常結構非常復雜。包裝材料必須能夠包裹住內部的產品，有足夠的強度和密封能力，其生產必須機械化操作而且成本合理。對于食品包裝材料，還要能夠保護內部的食品防止外界的環境對食品的質量和安全造成影響，從而增加儲存時間。多層膜中的每一層膜都有不同阻隔作用以保護外界不同因素可能造成的影響，比如濕度、光、氧氣、微生物和其他化學物質。總而言之，傳統的高分子材料例如PET、PE、PS 和PP 等都可以用作包裝材料。這些包裝材料中有很大一部分最后都被扔至垃圾場或者被回料加工廠回收。這些材料中很多都只能緩慢地生物降解或者不能被生物降解，對環境污染非常大。因此，使用很多可生物降解聚合物或可分解聚合物來做包裝材料成為了人們的關注點。生物基材料由部分可再生或全部可再生材料制成，例如纖維素、淀粉或聚乳酸。這些生物基塑料是可生物降解的，但并不是無條件的。在有水、二氧化碳和生物能量的情況下，可分解塑料能夠被微生物完全生物降解。這些環境友好材料將來的發展前景更加廣闊。
紅外顯微已經成為表征多層聚合物膜結構之最重要的一種技術了。紅外光譜能夠鑒別材料的結構，而一臺紅外顯微鏡可以對最小10μm 的樣品進行分析，包括可以鑒別多層膜中每層膜的結構。本文介紹了紅外顯微鏡在傳統多層膜和新型可分解材料上的應用。
聚合物多層膜的紅外顯微鏡分析
聚合物膜的紅外顯微分析可以使用透射或者ATR 技術。
展開 學術前沿：粒子增強橡膠基膜型聲超材料聲傳輸損耗的研究
原文摘要：
本文采用分子動力學（MD）法測定了粒子增強乙烯丙烯二烯單體（EPDM）/乙烯四氟乙烯（ETFE）共聚物材料的力學性能，并將該共聚物材料用于聲學超材料的結構設計。其次，基于離散點匹配方法，對材料的聲傳輸損耗特性進行了預測，并通過多物理場耦合有限元模型驗證了該理論的準確性和有效性。最后，研究了影響材料結構的7個關鍵參數，并分析了它們的影響規律和機理。結果表明，該結構彌補了傳統ETFE薄膜材料在低頻條件下的隔音缺陷。通過對關鍵參數的合理選擇，可以對特定頻段進行高隔音設計，這對建筑領域（新型建筑材料）的潛在應用具有重要意義。
原文總結：
本文提出了一種用于改善ETFE膜結構建筑聲學性能的顆粒增強聚合物薄膜超材料，側重于在聲音不易控制的低頻范圍內的結構隔音潛力。該結構的基礎薄膜由具有優良聲學性能的EPDM和ETFE復合材料組成，并引入改善機械性能的碳納米顆粒。整體結構由大量常規金屬塊加載在薄膜上組成。本工作的第一部分是使用MS軟件開發復合聚合物材料的宏觀力學性質；其次，利用離散點匹配的思想構建了聚合物薄膜聲學超材料的完整三維聲傳輸損失預測模型。同時，基于COMSOL Multi-physics 5.6軟件，建立了顆粒增強EPDM/ETFE MAM的聲學結構耦合有限元模型，并分析了其傳輸損失特性，驗證了上述方法的準確性和可靠性，也證實了該結構在低頻聲隔音方面的優越性。通過將該結構的聲傳輸損失與等效質量的聚合物膜結構和金屬膜結構進行比較，進一步展示了該結構在ETFE膜建筑中的潛力。
展開 