基本信息
- 項目名稱：
- 膜材預張力無損檢測系統(tǒng)的研發(fā)
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本項目為解決現(xiàn)有儀器因存在自重大，造價高，操作繁瑣所造成的膜材預張力定量檢測困難這一難題，切實確保了我國膜結(jié)構(gòu)工程的精確度和安全性。項目涉及理論分析、數(shù)學建模、實驗研究、儀器研制等多個方面，交叉融合了結(jié)構(gòu)工程、機械工程、信息工程等多個學科，具有精密度高，體積小巧，人機交互友好等優(yōu)勢，有良好的市場前景和推廣價值。
- 詳細介紹：
- 以鳥巢，水立方為代表的膜結(jié)構(gòu)建筑物在我國應用越來越廣泛，膜材預張力作為維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性的重要因素，其檢測顯得至關重要?，F(xiàn)有檢測儀器因存在自重大，造價高，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行檢測，造成檢測結(jié)果極不準確，使得膜結(jié)構(gòu)在風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，為制訂相應的膜結(jié)構(gòu)測試標準提供理論依據(jù)。本項目組開發(fā)了一套人機交互界面友好，精密度高，體積小巧的膜材預張力檢測系統(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變測試法，避免了對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，與法國法拉利公司的振動測試法相比，無需預先標定膜材與預張力的關系曲線圖，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。 在造價方面，本項目在保證同等精度的前提下，通過多次試驗，對儀器的構(gòu)件在組合上進行了改良，自主研發(fā)了抽真空裝置，進一步降低了造價，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格，我們的儀器價格是十分合理，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，我們的儀器針對現(xiàn)有膜結(jié)構(gòu)驗收規(guī)范中定量測定的膜材初始預張力值困難以及檢測部門對于膜材預張力沒有有效檢測手段的問題，以單片機為核心，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，機械工程，控制工程等多個學科，在同行業(yè)中技術領先，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)濟效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目的 解決現(xiàn)有儀器因自重大，造價高，操作繁瑣所導致的膜材預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)是通過對膜布施加預張力而張拉成型的，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張力值。 創(chuàng)新點 1）可進行遠程監(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，操作簡便，體積小巧，便于攜帶，造價低。 技術關鍵 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。 主要技術指標 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
科學性、先進性
- 歐美、日本等國家研究膜張力計較早，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，但普遍存在測量誤差大、操作繁瑣、適用范圍窄、價格高等缺點，使得這些產(chǎn)品沒有得到推廣。 鑒于現(xiàn)有的測量設備存在的問題，本系統(tǒng)采用新的研發(fā)思路，具有以下技術特點：1）實現(xiàn)了一次按鍵即可顯示預張力值，方便快捷，人機交互界面友好。2）通過理論公式聯(lián)立方程組進行計算，消除了彈性模量和膜材厚度影響，無需預先標定膜材位移與預張力關系曲線，適用于各類膜材。3）開發(fā)了遠程監(jiān)控系統(tǒng)，遠程無線操作，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，大大減少了檢測時操作者站在膜面上產(chǎn)生的二次受力對檢測造成的影響。 參考文獻： [1]藍天，膜結(jié)構(gòu)在中國的發(fā)展及其在中國的應用前景，工程力學增刊[J].1996:292-298. [2]鄧長根，一種簡便實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.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月獲*****學校“挑戰(zhàn)杯”課外學術科技作品競賽科技發(fā)明類作品二等獎； 2011年5月10日獲中華人民共和國知識產(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”中國大學生課外學術科技作品競賽**賽區(qū)科技發(fā)明類作品二等獎； 2011年6月20日獲教育部科技查新工作站科技查新報告。
作品所處階段
- 實驗室階段，在**省**市**景觀膜實業(yè)發(fā)展有限公司試用。
技術轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 1實物 2現(xiàn)場演示 3錄像 4圖片 5圖紙 6磁盤
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 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)將自動采集相應數(shù)據(jù)，通過單片機處理后，預張力值直接在顯示屏上讀取。 技術特點及優(yōu)勢 1）可進行遠程監(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，操作簡便，體積小巧，便于攜帶，造價低。 適用范圍 適用于膜材預張力的檢測和日常維修、工程災害檢測。 推廣前景的技術性說明 本儀器具有體積小巧、價格低、精度高、人機交互界面友好等特點，切實有效地解決膜材預張力現(xiàn)場定量測定的難題。 市場分析和經(jīng)濟效益預測 在國內(nèi)，每年新建膜結(jié)構(gòu)工程不下千項，既有工程超過萬項，但研發(fā)膜材預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格昂貴，無法滿足施工與日常維護檢修的要求。本項目研發(fā)檢測系統(tǒng)實現(xiàn)了方便、快捷、準確的測量，可進行膜結(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
- 對安裝完畢后的膜結(jié)構(gòu)進行膜材預張力值的測定屬于無損檢測的范疇，國內(nèi)和國外都有相關領域的機構(gòu)和人員對此進行了研究，其測量原理大致可分為為拉伸法、應變測試法、位移測量法、振動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 對膜材張力測量方法的研究，國外許多發(fā)達國家要早于國內(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張力值測定方法并開發(fā)出相應的測量裝置和儀器。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。 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)緯預張力，但是因其自重大，不便攜帶，且針對不同種類的膜材需預先標定膜材與位移的關系曲線，工作量大，操作繁雜，使測量裝置一直停留在實驗室階段，無法在施工現(xiàn)場進行定量檢測。 法國法拉利公司的膜張力計采用的是振動測試法，儀器體積小，操作簡單，主要是通過膜材的振動頻率來推算膜張力，無需破壞膜材就可以相對容易地進行測量，但因其難以設定邊界條件，且難以做到分別測量經(jīng)緯雙向的膜張力，不具有很強的現(xiàn)實推廣意義。 （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大學的張其林教授，其運用的測量方法基本原理與日本鹿島公司基本一致，但優(yōu)勢在于無需標定膜材與位移的關系曲線，可直接進行測量。張教授研發(fā)的成果在實驗室得到的結(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用。
