題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 膜材預(yù)張力無損檢測系統(tǒng)的研發(fā)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項(xiàng)目為解決現(xiàn)有儀器因存在自重大，造價(jià)高，操作繁瑣所造成的膜材預(yù)張力定量檢測困難這一難題，切實(shí)確保了我國膜結(jié)構(gòu)工程的精確度和安全性。項(xiàng)目涉及理論分析、數(shù)學(xué)建模、實(shí)驗(yàn)研究、儀器研制等多個(gè)方面，交叉融合了結(jié)構(gòu)工程、機(jī)械工程、信息工程等多個(gè)學(xué)科，具有精密度高，體積小巧，人機(jī)交互友好等優(yōu)勢，有良好的市場前景和推廣價(jià)值。
- 詳細(xì)介紹：
- 以鳥巢，水立方為代表的膜結(jié)構(gòu)建筑物在我國應(yīng)用越來越廣泛，膜材預(yù)張力作為維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性的重要因素，其檢測顯得至關(guān)重要?，F(xiàn)有檢測儀器因存在自重大，造價(jià)高，操作繁瑣的問題尚未得到廣泛推廣。我國依舊采用手拍膜布的方式憑感覺進(jìn)行檢測，造成檢測結(jié)果極不準(zhǔn)確，使得膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)雪等荷載作用下極易破壞。 鑒于此，為了幫助膜結(jié)構(gòu)的精細(xì)化施工、施工成型和膜材使用階段的檢測，為防止膜結(jié)構(gòu)災(zāi)變，確保我國各類膜結(jié)構(gòu)工程的精確度和安全性，為制訂相應(yīng)的膜結(jié)構(gòu)測試標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。本項(xiàng)目組開發(fā)了一套人機(jī)交互界面友好，精密度高，體積小巧的膜材預(yù)張力檢測系統(tǒng)。 相比國內(nèi)外同等產(chǎn)品，其優(yōu)勢之處在于： 在測量方法上，采用位移測試法，相比同等產(chǎn)品使用拉伸測試法和應(yīng)變測試法，避免了對(duì)膜材表面造成的破壞，適用于施工現(xiàn)場測量及膜結(jié)構(gòu)的日常維護(hù)，與法國法拉利公司的振動(dòng)測試法相比，無需預(yù)先標(biāo)定膜材與預(yù)張力的關(guān)系曲線圖，通過聯(lián)立方程式求解的方法，消除了膜材厚度和彈性模量對(duì)測量結(jié)果的影響，測量過程更加方便簡捷，結(jié)果更加精準(zhǔn)。 在造價(jià)方面，本項(xiàng)目在保證同等精度的前提下，通過多次試驗(yàn)，對(duì)儀器的構(gòu)件在組合上進(jìn)行了改良，自主研發(fā)了抽真空裝置，進(jìn)一步降低了造價(jià)，將成本控制在3萬元左右。相比世界上同類檢測儀器幾十萬的高昂價(jià)格，我們的儀器價(jià)格是十分合理，易于向推廣市場，被大多數(shù)中小型普通建筑單位所接受。 在功能上，我們的儀器針對(duì)現(xiàn)有膜結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范中定量測定的膜材初始預(yù)張力值困難以及檢測部門對(duì)于膜材預(yù)張力沒有有效檢測手段的問題，以單片機(jī)為核心，利用接觸式位移傳感器和壓力傳感器，融合了結(jié)構(gòu)工程，機(jī)械工程，控制工程等多個(gè)學(xué)科，在同行業(yè)中技術(shù)領(lǐng)先，適用于建筑織物的檢測，具有很好的市場前景。解決了我國在膜材預(yù)張力定量測定困難的問題，具有廣闊的市場前景和較高的經(jīng)濟(jì)效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)目的 解決現(xiàn)有儀器因自重大，造價(jià)高，操作繁瑣所導(dǎo)致的膜材預(yù)張力定量檢測困難這一難題，可確保我國膜結(jié)構(gòu)工程的施工精度和安全性。 基本思路 建筑膜結(jié)構(gòu)是通過對(duì)膜布施加預(yù)張力而張拉成型的，因此，只要給已張拉成型的膜布施加一外荷載作用，使該區(qū)域膜表面產(chǎn)生微小的面外變形，然后用接觸式位移傳感器測量這一微小變形，并利用不同外荷載下多次測量的變形值，輸入到特定的方程組中，聯(lián)立求解即可得到膜材的預(yù)張力值。 創(chuàng)新點(diǎn) 1）可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控； 2）特制單向自閉式閥門，提升裝置的封閉性； 3）測量方法先進(jìn)，操作簡便，體積小巧，便于攜帶，造價(jià)低。 技術(shù)關(guān)鍵 1）微小變形的測量方法； 2）研究排除外力干擾的方法； 3）消除彈性模量和膜材厚度的影響； 4）研制良好的抽真空裝置。 主要技術(shù)指標(biāo) 1）測量箱體凈重：3.0kg 2）外形尺寸: 480×120×150（單位：mm） 3）測量精度：8% 4）電機(jī)功率：320w 5）壓力傳感器量程：-50KPa-0Pa 6）壓力傳感器測量精度：0.2%FS 7）接觸位移傳感器測量精度：10um以下
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 歐美、日本等國家研究膜張力計(jì)較早，但多數(shù)只停留在理論研究階段，只有較少公司研發(fā)了實(shí)物產(chǎn)品，如日本鹿島公司和法國法拉利公司各自研發(fā)了膜張力計(jì)，但普遍存在測量誤差大、操作繁瑣、適用范圍窄、價(jià)格高等缺點(diǎn)，使得這些產(chǎn)品沒有得到推廣。 鑒于現(xiàn)有的測量設(shè)備存在的問題，本系統(tǒng)采用新的研發(fā)思路，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了一次按鍵即可顯示預(yù)張力值，方便快捷，人機(jī)交互界面友好。2）通過理論公式聯(lián)立方程組進(jìn)行計(jì)算，消除了彈性模量和膜材厚度影響，無需預(yù)先標(biāo)定膜材位移與預(yù)張力關(guān)系曲線，適用于各類膜材。3）開發(fā)了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，遠(yuǎn)程無線操作，解決了膜結(jié)構(gòu)因某些區(qū)域因表面曲率過大而檢測困難的問題，大大減少了檢測時(shí)操作者站在膜面上產(chǎn)生的二次受力對(duì)檢測造成的影響。 參考文獻(xiàn)： [1]藍(lán)天，膜結(jié)構(gòu)在中國的發(fā)展及其在中國的應(yīng)用前景，工程力學(xué)增刊[J].1996:292-298. [2]鄧長根，一種簡便實(shí)用的膜張力測量裝置，鋼結(jié)構(gòu)與建筑業(yè)[J].2002,2(4):50-53.
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月獲*****學(xué)?！疤魬?zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽科技發(fā)明類作品二等獎(jiǎng)； 2011年5月10日獲中華人民共和國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)明專利受理通知書； 2011年5月28日獲第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽**賽區(qū)科技發(fā)明類作品二等獎(jiǎng)； 2011年6月20日獲教育部科技查新工作站科技查新報(bào)告。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段，在**省**市**景觀膜實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司試用。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1實(shí)物 2現(xiàn)場演示 3錄像 4圖片 5圖紙 6磁盤
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明 將測量盒扣置于膜面待測區(qū)域上,按下工作鍵，系統(tǒng)將自動(dòng)采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，通過單片機(jī)處理后，預(yù)張力值直接在顯示屏上讀取。 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢 1）可進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；2）特制單向自閉式閥門，提升裝置封閉性；3）測量方法先進(jìn)，操作簡便，體積小巧，便于攜帶，造價(jià)低。 適用范圍 適用于膜材預(yù)張力的檢測和日常維修、工程災(zāi)害檢測。 推廣前景的技術(shù)性說明 本儀器具有體積小巧、價(jià)格低、精度高、人機(jī)交互界面友好等特點(diǎn)，切實(shí)有效地解決膜材預(yù)張力現(xiàn)場定量測定的難題。 市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 在國內(nèi)，每年新建膜結(jié)構(gòu)工程不下千項(xiàng)，既有工程超過萬項(xiàng)，但研發(fā)膜材預(yù)張力測量儀器的單位不超過三家，現(xiàn)有產(chǎn)品測量精度不高或價(jià)格昂貴，無法滿足施工與日常維護(hù)檢修的要求。本項(xiàng)目研發(fā)檢測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了方便、快捷、準(zhǔn)確的測量，可進(jìn)行膜結(jié)構(gòu)的檢測與監(jiān)測，具有廣闊的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 對(duì)安裝完畢后的膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行膜材預(yù)張力值的測定屬于無損檢測的范疇，國內(nèi)和國外都有相關(guān)領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)和人員對(duì)此進(jìn)行了研究，其測量原理大致可分為為拉伸法、應(yīng)變測試法、位移測量法、振動(dòng)頻率法和波速測試法、激光測量法和攝影測量法七類。 （1）國外課題研究水平 對(duì)膜材張力測量方法的研究，國外許多發(fā)達(dá)國家要早于國內(nèi)，但其研究多數(shù)只停留在理論階段，只有極少公司提出了膜材預(yù)張力值測定方法并開發(fā)出相應(yīng)的測量裝置和儀器。如日本鹿島公司和法國法拉利公司相繼開發(fā)了膜張力計(jì)。 日本鹿島公司采用的是位移法，其測量精度較高，可測膜材的經(jīng)緯預(yù)張力，但是因其自重大，不便攜帶，且針對(duì)不同種類的膜材需預(yù)先標(biāo)定膜材與位移的關(guān)系曲線，工作量大，操作繁雜，使測量裝置一直停留在實(shí)驗(yàn)室階段，無法在施工現(xiàn)場進(jìn)行定量檢測。 法國法拉利公司的膜張力計(jì)采用的是振動(dòng)測試法，儀器體積小，操作簡單，主要是通過膜材的振動(dòng)頻率來推算膜張力，無需破壞膜材就可以相對(duì)容易地進(jìn)行測量，但因其難以設(shè)定邊界條件，且難以做到分別測量經(jīng)緯雙向的膜張力，不具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)推廣意義。 （2）國內(nèi)課題研究水平 國內(nèi)較早研究膜材張力測量方法的是同濟(jì)大學(xué)的張其林教授，其運(yùn)用的測量方法基本原理與日本鹿島公司基本一致，但優(yōu)勢在于無需標(biāo)定膜材與位移的關(guān)系曲線，可直接進(jìn)行測量。張教授研發(fā)的成果在實(shí)驗(yàn)室得到的結(jié)果較好，但儀器自重較大，不便攜帶，使其在建筑業(yè)一直沒有得到廣泛應(yīng)用。
