薄膜材料单双轴拉伸试验方法与力学特性研究

发布时间：2020-10-23 13:09

　　 膜结构是用高强度柔性薄膜材料经受其它材料的拉压作用而形成的稳定曲面,能承受一定外荷载的空间结构形式。其造型自由、轻巧、柔美,充满力量感,阻燃、制作简易、安装快捷、节能、易洁、使用安全等优点,因此各式各样的膜结构也被广泛应用于建筑工程中。随着膜结构在我国的蓬勃发展,针对膜结构的理论和设计计算方面的研究均取得了相当的进展。但目前建筑膜材基本性能尤其是力学性能的研究匮乏,已成为制约我国膜结构行业健康发展的因素之一。本文主要针对膜材料的本构关系,进行针对性的单向、双向试验。为了能够区分试验设备的影响,本论文分别在上海交通大学近地空间试验中心实验室与同济大学膜结构进行了单向加载试验。最后,在试验基础上,通过理论推导,分析了PVDF膜材的弹性模量与加载力-经向纱线夹角的关系,并且通过数值模拟对此进行了验证。文中以SH-1050P PVDF薄膜为对象,进行单轴和双轴拉伸试验研究。计算分析,得出弹性模量与2倍夹角的正弦成线性相关性的结论;通过双轴拉伸破坏试验结果的分析,得到双轴应力下的弹性模量和泊松比。得出如下结论:(1)非线性的PVDF膜材,单轴下可当作双线性弹性模型;(2)双向拉伸情况下,膜材可当作正交各向异性弹性材料。膜材的弹性模量与应力比相关而泊松比与应力比无关;应力比相同(1:1)的情况下,其弹性模量与单轴一致。(3)推导出膜材单向拉伸下弹性模量与面层及纱线的折合模量成正比,与2倍夹角的正弦成线性相关性,理论公式为:E=E_b-E_ssin(2α)。经试验比较,结果符合较好。本文结果不仅对膜结构的设计与结构计算提供计算依据,并且对现行规范也能做有益补充。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU38
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 膜材料发展现状
        1.2.1 织物纤维膜材
        1.2.2 热塑性化合物薄膜
    1.3 膜结构应用现状
        1.3.1 国外发展现状
        1.3.2 国内发展现状
    1.4 膜材试验方法
        1.4.1 单向试验发展现状
        1.4.2 双向膜材试验方法现状
        1.4.3 单双向膜材试验规范
    1.5 本文主要工作
第2章 膜材试验设备与试验方案
    2.1 试验装置与设备
        2.1.1 同济大学试验设备
        2.1.2 上海交通大学空间结构研究中心设备
    2.2 试验方案
        2.2.1 单轴试验尺寸
        2.2.2 双轴试验
        2.2.3 循环加载
    2.3 本论文加载方案
        2.3.1 单向加载
        2.3.2 双向加载
        2.3.3 循环加载
    2.4 本章小结
第3章 膜材试验数据处理
    3.1 膜材本构关系
        3.1.1 一般性本构关系
        3.1.2 正交各向异性弹性
        3.1.3 平面正交各向异性
    3.2 弹塑性本构关系
    3.3 单向强度数据分析
        3.3.1 单向循环数据分析
        3.3.2 最小二乘法
        3.3.3 德国双轴试验数据分析处理方法
    3.4 本章小结
第4章 试验结果分析
    4.1 单向加载试验
        4.1.1 单轴0 度拉伸
        4.1.2 单轴15 度拉伸
        4.1.3 单轴30 度拉伸
        4.1.4 单轴45 度拉伸
        4.1.5 单轴60 度拉伸
        4.1.6 单轴75 度拉伸
        4.1.7 单轴90 度拉伸
        4.1.8 单向加载结果统计
    4.2 双向试验数据
        4.2.1 双轴1：1 加载
        4.2.2 双轴1：2 加载
        4.2.3 双轴2：1 加载
        4.2.4 双向加载结果统计
    4.3 双轴循环加载
        4.3.1 双轴循环1：1 加载
        4.3.2 双轴循环1：2 加载
        4.3.3 双轴循环1：3 加载
        4.3.4 双轴循环2：1 加载
        4.3.5 双轴循环3：1 加载
        4.3.6 循环加载结果统计
    4.4 本章小结
第5章 膜材理论模型
    5.1 理论推导
    5.2 试验校验
    5.3 数值模拟
        5.3.1 数值计算模型
        5.3.2 应力结果分析
        5.3.3 应变结果分析
        5.3.4 位移结果分析
        5.3.5 力学参数对比
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

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本文编号：2853083