针织物与机织物膜材的力学特性对比

对比了Seaman PVDF8028双轴向经编织物膜材和Ferrari 1202T2膜材在0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°下抗拉强度与断裂延伸率的变化规律以及断裂形式,研究了Tsai‑Hill强度准则、Norris强度准则以及Hashin强度准则对2种膜材的适用性;对比了2种膜材在0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°下的偏轴撕裂形式以及撕裂特性,研究了2种膜材的双轴力学特性,以及线性和非线性正交各向异性本构模型对2种膜材本构关系的适用性.研究结果可以为工程设计提供理论参考.

P/G类建筑织物膜材双轴剪切试验及力学特性分析

为测试建筑织物膜材的力学特性,对4种建筑织物膜材进行了双轴剪切试验,得到其剪应力-剪应变曲线、残余剪应变、滞回环面积和剪切模量.分析结果表明:每个应力阶段的第1次循环G类膜材均会产生明显的塑性剪切变形,P类膜材以弹性变形为主;随着循环次数的增加,建筑织物膜材的剪应力-剪应变曲线的加载上升段线性特征增强,加载段斜率逐渐增大;剪应力由正变负后,建筑织物膜材的残余剪应变、滞回环面积和加载段斜率有所差异;考虑加载全周期计算得到的剪切模量比仅考虑各应力阶段的最后1个周期计算得到的剪切模量小;4种建筑织物膜材剪切模量为FGT 800>FGT 600>F 1202>F 1002.

建筑织物膜材的单轴和双轴拉伸材性试验研究

以PVDF膜材为试验对象,进行了织物膜材的单轴和双轴拉伸的材性试验研究,测定和对比了试验模材在单向和双向应力状态下的弹性常数。试验发现,当荷载在15%极限强度范围内时,膜材应力-应变关系基本呈线性,建议膜材经向弹性模量约取950MPa,纬向约为700MPa。另外还进行了织物膜材在单轴拉伸状态下的焊缝强度试验,测定和对比了不同焊接方式和宽度的焊缝强度,建议单面对接焊缝宽度不应小于50mm,搭接不应小于30mm。

PVC涂层织物膜材的非线性各向异性本构关系模型

基于各向异性弹塑性理论,通过等效应力和等效塑性应变反映材料固有的非线性性质,并结合三参数形式的弹塑性屈服函数,提出了1种适用于聚氯乙烯(PVC)涂层织物膜材的非线性各向异性本构模型.为确定本构模型中的待定参数,同时验证该本构模型的适用性,进行了7个偏轴角度(0°、5°、15°、45°、75°、85°和90°)的单轴拉伸试验,并将模型预测结果与试验结果进行对比.结果表明:该本构模型能够较为准确地反映PVC涂层织物膜材拉伸时的非线性应力应变关系,可用来预测PVC涂层织物膜材在拉剪应力共同作用下的力学行为.

弯曲刚度对织物膜材褶皱特性影响仿真分析

薄膜结构弯曲刚度很低,在外力作用下容易出现褶皱,薄膜弯曲刚度影响着膜材褶皱的几何参数。与一般匀质薄膜相比,织物膜材具有更小的弯曲刚度,弯曲刚度对褶皱半波长与幅值影响很大。引入织物弯曲刚度系数,采用非线性屈曲分析方法得到织物膜材的褶皱参数,与数值仿真计算结果进行对比验证。利用非线性屈曲理论方法研究了弯曲刚度对织物膜材褶皱几何参数的影响,并且与数值仿真计算结果进行对比分析,两者结果一致。研究表明织物膜材的弯曲刚度越小,褶皱波长越小,褶皱幅值越小,弯曲刚度系数不影响褶皱区域分布。

典型织物膜材小尺寸燃烧性能试验研究

膜结构具有施工简便、经济环保等优势,但膜结构发生火灾时会极大影响建筑的稳定性和安全性。为研究膜结构的燃烧性能,通过锥形量热仪,对典型织物膜材聚氯乙烯(PVC)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、聚四氟乙烯(PTFE)进行小尺寸燃烧试验研究,得到各织物膜材在不同热辐射强度、不同老化类型及不同老化时间下的燃烧特性。研究表明:PVC膜材与TPU膜材的燃烧过程较为相似,而PTFE膜材始终未发生燃烧;热辐射强度为35 kW·m^(-2)时,PVC膜材总烟气释放量高出TPU膜材20.2%;紫外老化和热氧老化后TPU膜材烟气释放率峰值分别下降了30.8%和32.2%,PVC膜材未有明显变化,但PVC膜材总烟气释放量仍高于TPU膜材;烟气释放方面,PTFE危险性较大,而PVC和TPU释放的烟气不会对人造成影响。试验证实,在火灾中老化后的TPU膜材优于PVC膜材。

PVDF膜材双轴全域拉伸非线性及力学参数研究

为了明确织物膜材从拉伸到破坏整个过程的双轴拉伸性能,以典型PVDF涂层聚酯织物为研究对象,通过七个应力比下的双轴单调拉伸试验,利用编写的MATLAB程序获得了涂层织物复杂的变形性能和精确的弹性参数,并对其变形和力学参数进行响应面分析,揭示了涂层织物在不同应力水平和应力比下弹性模量、泊松比和正交各向异性的演化规律。结果表明,全域应力范围内材料的弹性参数和正交各向异性特征随着应力比和应力水平的改变而显著变化。此外,基于单、双轴拉伸应力-应变的关系,引入了表示双轴单调拉伸试验中拉伸与收缩比例的刚度耦合系数,推导出了弹性模量公式,其计算值与试验值吻合较好。研究所得结论可为膜结构工程中织物膜材的拉伸力学性能以及膜面破坏分析提供有益参考。

织物膜材拉剪耦合力学行为试验与模拟

为了探究织物膜材在预应力作用下的剪切力学行为,提出了图框剪切试验设计方法和测试方案,研制了图框机构.对织物膜材进行图框试验,研究织物膜材在双轴拉应力与剪应力耦合作用下的力学行为.给出了织物膜材的剪应力-剪切角曲线与图框试件变形过程.针对十字形试件的图框试验,探究了膜材拉剪耦合应力分布规律,建立考虑切缝及过渡区影响的数值模型,实现了图框试验的全过程模拟.

建筑织物膜材双轴剪切试验与分析

为了研究建筑织物膜材的剪切力学性能,提出一种新的剪切测试方法。采用中心区域宽度和四臂长度均为16cm的十字形试件,试件纱线的经纬向与加载方向呈45°角。根据膜材变形和应力关系,推导了剪应力和剪应变的计算方法。定义了使试件中心区域产生三个循环剪应力场的加载谱,循环产生正负交替的剪切应力。试验采用表面抛光的(Polyvinylidene Fluoride,聚偏氟乙烯)涂层膜材,测量x、y两个方向的应力和应变,通过计算得到剪切应力应变曲线,并对试验结果进行分析。结果表明,新的剪切测试方法能够反映建筑织物膜材剪切力学性能。最后通过有限元方法模拟材料受剪状态下的应力和应变,与试验得到的应力值和应变值相近。

PVDF涂层织物膜材和节点高温力学性能试验研究

对PVDF涂层聚酯纤维建筑织物膜材和节点进行了一系列单调单向拉伸试验,包括常温(23℃)和高温(70℃)下母材、高温(70℃)下40mm和75mm宽搭接焊缝节点以及膜边铝合金型材节点,对其破坏形式、强度和变形力学特性进行了分析.介绍了具体的试件制作、实验仪器和试验方法.结合规程提出了温度对于材料的影响系数以及高温(70℃)下焊缝的最小宽度,对膜结构工程设计应用具有参考价值.

建筑涂层织物膜材剪切模量的双轴剪切测试方法

为确定更符合工程需求的建筑涂层织物膜材剪切弹性模量,基于双轴拉伸试验,采用45°偏轴十字型试件,定义名义剪切应力和工程剪切应变,提出了单调剪切加载下,基于剪切线性应变能误差的等效剪切屈服应力确定方法.在此基础上,提出了材料剪切模量低周循环双轴剪切测试方法,采用了等幅周期加载制度,以等效剪切屈服应力作为循环荷载的幅值,对剪应力正负加载上升段曲线线性拟合得到剪切模量.对玻璃纤维织物PTFE涂层膜材试件进行了试验,所得的剪切应力应变滞回曲线规则,线性度高,相比既有方法更符合工程实际.该方法可应用于G类膜材或其他织物增强类膜材.

飞艇用织物膜材单轴拉伸蠕变强度试验与模型

聚酯纤维织物类膜材因其轻质高强、耐候性好等特点常被用于飞艇结构的蒙皮材料,其在高应力水平下的蠕变失效行为决定飞艇结构长期安全性能,但目前尚未有相关的性能测试标准及研究。为研究此类膜材的蠕变性能,选用以Vectran纤维为基布材料的膜材在极限应力的85%、80%、75%、70%四组应力水平下进行单轴拉伸蠕变试验,分析了蠕变过程中膜材应变、模量及蠕变破坏时间等参数随应力水平的变化规律,并给出基于应力水平的蠕变强度包络线拟合公式;通过牛顿迭代法建立了参数化的四单元蠕变模型及蠕变破坏准则,可以较准确地反映材料在高应力水平下的蠕变破坏规律。

涂层织物类膜材简化桁架模型研究

在单胞模型的基础上,提出了一种用于预测涂层织物类膜材料力学性能的简化桁架模型。根据组分材料拉伸试验数据,选取以真应变为变量的四次多项式描述纤维束拉伸非线性行为,采用理想弹塑性模型反映涂层的力学响应,并结合扫描电镜试验获取膜材的细观结构尺寸参数。通过ABAQUS有限元软件及UMAT子程序实现上述模型,对膜材的拉伸性能进行预测。结果表明:整体预测结果较好,最大误差约为20%。形成误差的主要原因是纤维束间及纤维束与涂层间的接触非线性不能在模型中得到体现。

现代织物类膜材料力学性能研究进展

织物膜材因其轻质、高强、耐候性及加工运输便捷等优势,广泛应用于公共建筑、应急救援、航空航天、工业及军事等领域。近年来,为精确分析织物膜结构并推动其在不同领域应用,织物膜材的力学性能成为研究焦点。为此采用CiteSpace对国内外20余年的相关文献进行深入分析,通过可视化知识图谱阐述了织物膜结构研究热点的演化进程,并系统分析了织物膜材测试方法、力学性能及宏–细观本构模型等方面的研究进展。梳理发现国内膜结构的早期研究主要集中在结构找形和静力分析,随着膜结构在我国不同领域的深入运用,相关研究逐渐扩展到材料的本构模型、强度准则、结构风致灾变等方面:1)织物膜材的拉伸性能与其细观结构、基布编织工艺、涂层工艺及纤维类型等多种因素相关,呈现典型的各向异性,其抗拉强度随偏轴角度的增加呈现“U”型和“W”型两种变化特征。2)双轴剪切测试法可使得试件核心区域的剪应力呈均匀分布,目前被广泛应用于膜材剪切性能测试。3)膜材撕裂强度受测试方法的影响显著,现有研究多集中在材料撕裂性能上,初始缺陷对膜结构的静、动力学性能的影响机理需进一步明确。4)目前关于膜结构连接部位的研究多集中在膜片与膜片热合连接试件的面内拉伸性能上,忽略了面外荷载下连接部位易出现的剥离破坏。5)织物膜材本构模型分为细观机理模型与宏观唯象模型,现有的宏观模型基本实现了膜材非线性、非弹性、黏弹性等力学特征的描述,细观模型多注重拉伸刚度预测,缺乏对抗拉强度预测的相关研究。织物膜材的研究目前已取得长足发展,但一些方面仍需进一步研究:1)现阶段织物膜材分类依据单调,未考虑预定用途和特性差异,有必要对其分类依据进一步细化和完善。2)撕裂破坏是膜结构的主要破坏模式,但现行设计规范中并没有得到充分的体现。3)面内拉伸试验难以反映膜材热合区域真实的应力状态、力学性能和失效模式,热合焊接工艺对拼接膜材性能的影响机理有待研究。4)目前关于织物膜材以及连接部位的疲劳性能研究极少,膜材的疲劳损伤机理尚未明确。

充气膜结构舱室及受控环境通用技术要求

充气膜结构的工程实践与技术创新,带动了我国充气膜结构行业的发展,在各类建筑场所甚至在IVD厂房、医学检测实验室、试剂生产车间、隔离病房等集成应用等项目中得到广泛应用。为满足功能需求,充气膜在材料选用、建筑与结构设计、施工安装、使用维护等方面都有其特殊性,需要专门的知识和技术,在受控环境通用技术参数要求中最关注的是充气膜结构舱室。

聚酯纤维机织物-聚氯乙烯-聚偏氟乙烯膜材双轴剪切力学性能试验

为研究聚酯纤维机织物-聚氯乙烯-聚偏氟乙烯（P-PVC-PVDF）膜材的双轴剪切力学性能,提出了工程剪应变计算方法、改进的剪应力计算方法和应力加载方法.基于自主研制的双轴拉伸试验机,对P-PVC-PVDF膜材进行了双轴剪切力学性能试验,得到了膜材剪应力-剪应变曲线、剪切模量和滞回环面积.分析结果表明,剪应力由正变为负后,各力学参数有所差异,但均在加载一次后趋于稳定.当剪应力的上下限设定为±2 kN/m时,稳定后的剪切模量范围为11～13 kN/m.通过对比证明,主轴与加载方向的夹角变化对计算结果影响不大.研究成果对膜结构设计与分析具有参考价值.

涂层织物类膜材的拉伸试验及力学参数研究

涂层织物类膜材的力学性能具有非线性、非弹性、各向异性等特征,是膜结构设计分析的基础.对Ferrari 1202S2膜材进行一系列单、双轴拉伸试验,并在我国《膜结构技术规程》规定的拉伸试验及德国标准拉伸试验的基础上,采用不同的数据处理方法分别建立双轴线性材料模型及双轴非线性材料模型.建立膜材的本构关系模型,探究精确确定膜材的弹性模量、泊松比等力学参数的方法.