经编织物类复合膜材拉伸力学性能的温度效应

为了得到经编织物膜材在高温下的拉伸力学性能,以典型经编织物膜材PVDF Shelter-Rite#9032为研究对象,进行了5种温度(10、25、50、75、100℃)下的单轴拉伸性能试验及破坏后试样截面电镜扫描测试,系统分析了膜材强度、刚度、变形及破坏形态特征随温度变化规律.研究结果表明,高温可明显弱化组分材料强度、刚度及组分界面间变形协调能力,随温度升高膜材应力-应变曲线的初始线性段范围减小且其后续特征段刚度及抗拉强度降低显著,其中与10℃时相比,100℃时膜材Ⅲ阶段纬向刚度及抗拉强度的降幅分别可达50.64%与39.78%.各温度下经向刚度随应变均呈现出降-升-降的S形特征,而纬向因纱线拉伸变形历程中存在卷曲伸展阶段,配合材料的高温效应,其刚度曲线表现出S形到M形的转变特征.温度升高使得基体塑性变形能力增强、纱线与基体间应力集中效应减弱,断口呈现出粗糙化及纱线抽出特征,100℃时基体和纱线层间黏结被严重削弱,端部出现明显脱黏与滑移现象.

双轴经编织物膜材刺破性能数值模型研究

刺入破坏是经编织物类膜材破坏失效的基本形式之一,膜材自身的刺破力学性能对膜结构安全至关重要。本文针对双轴经编织物类膜材PVDF 8028进行双向限制下的刺破仿真,应用ABAQUS软件建立考虑纱线与基体细观结构的刺破数值模型。通过设置方锥与片状刺具两种刺具形态,在细观层面分析经编织物在不同刺具下的刺破形态特征,系统考察入刺水平转角以及入刺角度对膜材刺破性能的影响规律,另外构建类四棱锥刺入理论模型并通过理论校核证实了数值模型的准确性与可行性。研究结果表明:随着方锥刺具入刺水平转角增加,膜材刺破强度呈现下降趋势,当水平转角由0°增加至90°,刺破强度降低达39.39%;随着片状刺具刺入角度的增加,刺破强度呈现先增大后减小的趋势,峰值刺破力随刺破角度增加呈现倒"V"形的变化特征。所得结论可为膜材料的损伤分析及膜结构的安全性评估提供有益参考。