建筑膜材的高温力学性能试验研究

发布时间：2020-10-21 09:18

　　 膜结构建筑作为一种新型建筑结构形式被广泛应用于实际工程中,组成膜结构的建筑膜材也越来越得到人们的重点关注。目前关于建筑膜材的研究大多数集中在膜材常温下力学特性和有限元建模方面,存在高温下力学特性研究偏少,有限元建模方式比较复杂等问题。本文对建筑膜材高温下力学性能和有限元建模方式进行研究,通过大量试验探讨了高温对膜材拉伸力学性能的影响;在试验基础上,提出了考虑膜材高温性能的有限元模拟方法以及可供膜材由常温强度推算高温强度的估算方法。主要工作有以下几个方面:(1)以两种涂层织物膜材为主要研究对象,进行了66组单轴向高温拉伸试验,试验温度提高至200℃左右,得到了膜材应力-应变曲线、抗拉强度、断裂延伸率和断口形貌随温度的变化规律,分析给出相应力学性能指标随温度变化的拟合公式。通过对膜材高温后断口进行电镜观测,从微观层面解释了随温度升高膜材拉伸曲线由非线性过渡到线性的变化原因。(2)针对膜材应力-应变曲线呈现典型的非线性特征,基于分段线性理论,采用遗传算法对应力-应变曲线进行分段,得到了曲线分段的最优分段点位置取值,并将膜材应力-应变曲线简化成了最优的三个线性段。给出膜材三个线性段的弹性模量以及弹性模量随温度的变化表达式,建立了膜材考虑弹性模量随温度变化的高温本构模型。进行膜材高温拉伸试验数值模拟,模拟结果和试验结果吻合较好,验证了膜材高温本构模型可以用来描述膜材的高温拉伸行为。(3)针对建筑膜材拉伸力学特性离散性大的特点,对不同型号PVC膜材分别进行了高温拉伸试验,得到了每种型号膜材的应力-应变曲线、抗拉强度、断裂延伸率和弹性模量随温度的变化规律,并给出了随温度变化的拟合公式。通过分析PVC膜材高温拉伸试验结果,对不同膜材的最优分段位置进行了统一,进而归纳提出了一种可供PVC膜材由常温强度推算高温强度的估算方法并验证了估算方法的准确性。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU38
【部分图文】：

a) 国家游泳中心“水立方” b) 上海世博会阳光谷图1-1 国内膜结构建筑a) 蒙特利尔世博会德国馆 b) 汉城体育馆图1-2 国外膜结构建筑1.1.2 建筑膜材介绍1.1.2.1 膜材分类膜材料作为膜结构的组成部分，其开发及研究使膜结构得以发展，膜材料可分

图1-1 国内膜结构建筑a) 蒙特利尔世博会德国馆 b) 汉城体育馆图1-2 国外膜结构建筑1.1.2 建筑膜材介绍1.1.2.1 膜材分类膜材料作为膜结构的组成部分，其开发及研究使膜结构得以发展，膜材料可分

有不同特性的膜材，以达到不同膜结构对于膜材的特定要求，表 1-1 为《上海膜结构技术规程》所列织物基布与涂层的组合，工程应用中可根据实际情况参考搭配。图1-3 膜材分类示意 图1-4 织物膜材构成表 1-1 常用基材与涂层组合组合 基材 表面涂层1 玻璃纤维 聚四氟乙烯（PTFE）2 玻璃纤维 氟化树脂3 玻璃纤维 聚氯乙烯（PVC）4 聚酯类纤维 聚氯乙烯（PVC）5 聚乙烯醇类纤维 聚氯乙烯（PVC）6 聚酰胺类纤维 聚氯乙烯（PVC）1.1.2.2 膜材力学特性膜材属于柔性材料，自身不具有刚度，只有施加了水平张力且张拉成一定形状时才具有相应的结构刚度[4]。膜材力学性能一般可分为非线性、各向异性、非弹性和粘弹性。（1）非线性膜材在单轴拉伸作用下的应力-应变曲线并不是线性的，随着拉伸载荷的增加呈现明显的非线性特征，如图 1-5（a）所示。（2）各向异性
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵晓娣;顾振亚;;国内外防污自洁建筑膜材的进展[J];纺织导报;2006年05期

2 ;天塔成功开发PTFE永久建筑膜材料[J];纺织信息周刊;2005年40期

3 黄文琪;赏莹莹;;建筑膜材老化及其性能退化研究[J];合成材料老化与应用;2019年02期

4 刘杭锋;韩建;邹宗勇;丁新波;徐国平;徐长亚;;紫外线对建筑膜材料拉伸性能的影响[J];浙江理工大学学报;2010年01期

5 綦春芝;霍瑞亭;侯丽丽;宋震宇;;降低建筑膜材小分子物质迁移性的研究[J];新型建筑材料;2009年09期

6 李熙;;国内外新型建筑膜材的发展与应用[J];玻璃纤维;2013年04期

7 倪佳女;李阳;王亚琴;张其林;;建筑膜材的力学性能试验研究[J];施工技术;2008年07期

8 赵晓娣;顾振亚;牛家嵘;霍瑞亭;;防污自洁PVC建筑膜材的研究[J];新型建筑材料;2007年07期

9 ;《玻璃纤维建筑膜材》国家标准制订工作会议在宁召开[J];玻璃纤维;2008年04期

10 徐明辉;梁大开;郑世杰;戴峰;汤林;;PVDF涂层建筑膜材单元结构力学性能的试验研究[J];实验力学;2006年02期

相关博士学位论文 前2条

1 陈守辉;机织建筑膜材料拉伸性能研究[D];东华大学;2008年

2 张伍连;机织建筑膜材料非线性粘弹塑拉伸性能研究[D];东华大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 何俊俊;柔性纺织材料的性能及在建筑上的应用研究[D];西安工程大学;2019年

2 马晋东;建筑膜材的高温力学性能试验研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

3 朱聪聪;玻璃纤维-PTFE建筑膜结构材料的工艺优化及性能研究[D];东华大学;2013年

4 曹荣平;机织建筑膜材料拉伸力学性能的有限元模拟与分析[D];东华大学;2013年

5 刘杭锋;建筑膜材料的耐候性研究[D];浙江理工大学;2010年

6 张春山;建筑膜材涂层改性及其疏水性能研究[D];浙江理工大学;2013年

7 郑海明;PVC建筑膜材亲水表面处理及其性能研究[D];浙江理工大学;2014年

8 罗国建;机织建筑膜材料拉伸本构模型[D];东华大学;2007年

9 黄家润;PTFE建筑膜结构材料的生产与性能研究[D];东华大学;2012年

10 徐旺;PTFE建筑膜材的蠕变及耐候性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

本文编号：2849934