机织建筑膜材料拉伸本构模型

摘要

机织建筑膜材料是一种通过在机织物基布上涂敷树脂或橡胶等基本材料而制成的柔性复合材料，是一种只能抗拉，不能抗压和抗弯的柔性材料。本文旨在通过织物拉伸性能及涂层工艺中织物几何结构相的变化来预测膜材料的拉伸性能。确定了织物与膜材料的拉伸性能关系，就可以根据客户对膜材料拉伸性能的要求，来确定涂层前织物的拉伸性能，从而确定织物的经纬密及经、纬纱支。研究膜材料面内拉伸应力—应变关系是其他一切受力分析的基础，也是设计及制造部门密切关注的问题。 本文假设面内载荷均匀分布于受力轴向以及由屈曲转换引起的另一轴向的变形量也是均匀的，即可以由经、纬纱线及其单个交织点和涂层材料组成的结构单元来描述膜材料的整体变形。首先，在假设纱线及涂层材料为服从胡克定律的杆件、并忽略剪切及压缩变形的基础上建立了膜材料拉伸的非线性弹性本构模型。该模型体现为经、纬纱屈曲转换非线性变形，以及纱线和涂层材料拉伸伸长线弹性变形，通过PVC/PES膜材料拉伸试验来验证模型的可靠性。研究结果表明：在应变较小时，模型预测值与试验测试值吻合的较好；但当应变达到一定值时，模型预测值与试验测试值之间存在偏差，且随应变的增大，两者之间的差异随之增大。 通过对纱线及织物的拉伸试验曲线研究表明，在拉伸伸长变形过程中二者都具有明显的应变转折点，转折点前后的曲线斜率变化较大。本文从总体中分别抽取样本容量为8的织物经、纬向拉伸试验曲线，对其求多项式回归方程二阶导数的零点即拐点(试验曲线的转折点)；在此基础上采用最小二乘法分段线性拟合织物拉伸性能的非线性，得出各段的曲线斜率即材料的弹性常数；采用W检验证实小样本试样服从正态分布，对正态总体在显著性水平a=5％的情况下求得样本总体均值的置信区间。通过对织物及膜材料的横截面试验研究表明：织物在涂层工艺中经向的拉伸导致经纬纱线屈曲转换变形，从而影响膜材料的拉伸性能。 通过对纱线及机织基布的拉伸性能的非线性现象的研究分析，建立了反映膜材料拉伸变形的非线性弹塑性本构模型，旨在讨论织物涂层过程中的织物的经向拉伸对膜材料拉伸性能的影响。模型中考虑了以经、纬纱屈曲转换及拉伸伸长的变形机制，通过对PVC/PES膜材料拉伸实验来验证模型的可靠性。结果表明，通过控制织物在涂层过程中的应变量，可由涂层前织物的拉伸行为预测涂层后膜材料的拉伸性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景及意义

1.2研究的内容及方法

1.3章节安排

第二章文献综述

2.1机织建筑膜材料的分类及应用现状

2.2拉伸力学模型概述

2.2.1织物拉伸力学模型概述

2.2.2机织膜材料拉伸力学模型概述

第三章材料性能测试及分析

3.1试验材料

3.2横截面测试试验

3.3拉伸试验曲线

3.3.1纱线拉伸载荷-变形曲线

3.3.2织物拉伸应力-应变曲线

3.3.3膜材料拉伸应力-应变曲线

3.3.4对比分析

3.4本章小节

第四章理论模型的建立及验证

4.1符号描述

4.2几何结构单元模型

4.3理论分析模型

4.4非线性弹性本构模型

4.4.1模型建立

4.4.2模型参数

4.4.3模型验证

4.4.4分析讨论

4.5涂层前后织物的拉伸行为

4.6非线性弹塑性本构模型

4.6.1模型建立

4.6.2模型参数

4.6.3模型验证

4.6.4分析讨论

4.7本章小节

第五章总结与结论

5.1研究总结与总结

5.2今后的研究

参考文献

附 录

攻读学位期间发表的学术论文目录

致 谢