機織建筑膜材料非線性粘彈塑拉伸性能研究.pdf

1、隨著膜結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展與膜材料的廣泛應(yīng)用，建筑膜材料的力學(xué)性能愈來愈受到關(guān)注。由平紋或方平組織為基布的機織建筑膜材料，因織造工藝簡單、價格適中等優(yōu)點倍受青睞。機織建筑膜材料不同于一般性的其它建筑材料，它是一種基布處于中間、而兩側(cè)進行涂層所組成的柔性復(fù)合材料，其拉伸力學(xué)性能具有自身獨特的特點。而膜材料在膜結(jié)構(gòu)的建筑中需要依據(jù)其在特定的張拉形狀來承受載荷或變形，因此，充分理解與把握膜材料在拉伸時和隨后的使用過程中的力學(xué)性能，對指導(dǎo)膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2、與構(gòu)建十分必要。本課題將圍繞機織建筑膜材料經(jīng)緯向在拉伸時的非線性粘彈塑性能進行研究。
　　 通過對機織建筑膜材料經(jīng)緯向在拉伸時的非線性粘彈塑性能的研究，以期達到如下的目標(biāo):(1)給出膜材料在不同應(yīng)力與不同作用時間條件下出現(xiàn)塑性變形的合理模型;(2)給出膜材料在蠕變條件下合理的非線性粘彈塑元件模型;(3)給出膜材料在不同應(yīng)變與不同作用時間條件下出現(xiàn)塑性變形的合理模型;(4)給出膜材料在應(yīng)力松弛條件下合理的非線性粘彈塑元件模型;(5

3、)在考慮塑性變形的基礎(chǔ)上，給出膜材料合理的非線性粘彈塑性單積分模型。
　　 在蠕變條件下，通過選擇不同的作用應(yīng)力與不同的作用時間，對機織建筑膜材料經(jīng)緯向的塑性變形進行了試驗，從中找出，開始出現(xiàn)塑性變形的臨界值，并將機織建筑膜材料經(jīng)緯向的塑性變形看成是:應(yīng)力差（應(yīng)力值-應(yīng)力臨界值）的冪函數(shù)與作用時間冪函數(shù)的乘積，對試驗數(shù)據(jù)進行了多元回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn):該模型可以很好地預(yù)測出材料的塑性變形量，進而再利用該模型對塑性變形中的瞬時塑性與

4、推遲塑性進行的分析，結(jié)果顯示:開始階段的瞬時塑性變形明顯高于在隨后的推遲塑性變形，而就推遲塑性變形而言，在先前時間段的塑性變形量又高于隨后時間段的塑性變形量，即:推遲塑性變形量隨作用時間的增加而較大幅度的減少。
　　 論文給出了機織建筑膜材料經(jīng)緯向各自五種不同應(yīng)力9，000s的蠕變試驗，利用四個線性粘彈性模型，包括:四參數(shù)Burgers流體模型、三參數(shù)固體模型、五參數(shù)廣義Kelvin-Voigt固體模型與七參數(shù)廣義Kelvin-

5、Voigt固體模型，對試驗數(shù)據(jù)進行了擬合，從中發(fā)現(xiàn):七參數(shù)廣義Kelvin-Voigt線性粘彈性固體模型具有最好的擬合效果，且對于同類同方向膜材料而言，各個不同應(yīng)力間與三個推遲時間相關(guān)的三個參數(shù)保持不變，以此為基礎(chǔ)，將該線性粘彈性模型修改為七參數(shù)非線性粘彈性模型與十四參數(shù)非線性粘彈塑型模型，同時，將十四參數(shù)非線性粘彈塑元件模型中的六個與推遲時間相關(guān)的參數(shù)合并為三個，其它與應(yīng)力大小相關(guān)的八個參數(shù)合并為四個，再假定修改后的兩種非線性蠕變元件

6、模型中與推遲時間相關(guān)的三個參數(shù)與七參數(shù)線性粘彈性廣義Kelvin-Voigt固體模型中的三個與推遲時間的參數(shù)保持相同，將建筑膜材料的非線性原因看成僅來自于與應(yīng)力相關(guān)的四個不同的參數(shù)，假定這些參數(shù)與不同的應(yīng)力之間滿足四階多項式函數(shù)，借助上述五種不同應(yīng)力條件下蠕變試驗的數(shù)據(jù)對四階多項式函數(shù)進行了擬合，并將擬合后的函數(shù)與機織建筑膜材料經(jīng)緯向的三種不同的其它應(yīng)力、作用時間為1，200s的蠕變試驗進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn):該方法可以很好地預(yù)測不同應(yīng)力

7、間的蠕變特性。
　　 在應(yīng)力松弛條件下，通過選擇不同的應(yīng)變與不同的作用時間，對機織建筑膜材料經(jīng)緯向的塑性變形進行了試驗，從中找出，開始出現(xiàn)塑性變形的臨界值，并將機織建筑膜材料經(jīng)緯向的塑性變形看成是:應(yīng)變差（應(yīng)變值-應(yīng)變臨界值）的冪函數(shù)與作用時間冪函數(shù)的乘積，對試驗數(shù)據(jù)進行了多元回歸分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn):該模型可以很好的預(yù)測出材料的塑性變形量，進而再利用該模型對塑性變形中的瞬時塑性與松弛塑性進行的分析，結(jié)果顯示:開始階段的瞬時塑性變形明

8、顯高于在隨后的松弛塑性變形，而就松弛塑性變形而言，在先前時間段的塑性變形量又高于隨后時間段的塑性變形量，即:松弛塑性變形量隨作用時間的增加而較大幅度的減少。
　　 論文給出了機織建筑膜材料經(jīng)緯向各自五種不同應(yīng)變9，000s的應(yīng)力松弛試驗，利用四個線性粘彈性模型，包括:三參數(shù)固體模型、三參數(shù)廣義Maxwell模型、五參數(shù)廣義Maxwell模型與七參數(shù)廣義Maxwell模型，對試驗數(shù)據(jù)進行了擬合，從中發(fā)現(xiàn):七參數(shù)廣義Maxwell線

9、性粘彈性模型具有最好的擬合效果，且對于同類同方向膜材料而言，各個不同應(yīng)變間與三個松弛時間相關(guān)的三個參數(shù)保持不變，以此為基礎(chǔ)，將該線性粘彈性模型修改為七參數(shù)非線性粘彈性模型與十四參數(shù)非線性粘彈塑型模型，同時，將十四參數(shù)非線性粘彈塑元件模型中的六個與松弛時間相關(guān)的參數(shù)合并為三個，其它與應(yīng)變大小相關(guān)的八個參數(shù)合并為四個，再假定修改后的兩種非線性應(yīng)力松弛元件模型中與松弛時間相關(guān)的三個參數(shù)與七參數(shù)線性粘彈性廣義Maxwell模型中的三個與松弛時間

10、相關(guān)的參數(shù)保持相同，將建筑膜材料的非線性原因看成僅來自于與應(yīng)變相關(guān)的四個不同的參數(shù)，假定這些參數(shù)與不同的應(yīng)變之間滿足四階多項式函數(shù)，借助上述五種不同應(yīng)力條件下應(yīng)力松弛試驗的數(shù)據(jù)對四階多項式函數(shù)進行了擬合，并將擬合后的函數(shù)與機織建筑膜材料經(jīng)緯向的三種不同的其它應(yīng)變、作用時間為1，500s的應(yīng)力松弛試驗進行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn):該方法可以很好地預(yù)測不同應(yīng)變間的應(yīng)力松弛特性。
　　 論文給出了機織建筑膜材料經(jīng)緯向六種不同的應(yīng)力與作用時間分