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膜结构景观柔性膜材的疲劳损坏

2021-03-24 11:45:33

由于膜结构景观所用柔性膜材中的纤维大分子,以及基布和复合层的复杂结构,使对其进行损坏分析时,不能简单地归为裂缝或缝隙发展所导致的强度、模量的变化,根据分析,在此选定用断裂强度、断裂伸长率以及塑性变形这三个参数作为判断柔性复合膜材损坏程度的损坏变量。


1、断裂强度:


对于经编双轴向织物和机织物加强的柔性复合膜材,其断裂强度随着疲劳试验的强度的增加呈现某一规律,但不是简单的线性关系。结合相关分析,对于两类试样在进行定载荷和定伸长的试验后,总体发现试样的断裂强度有不同程度的下降,约为5%左右。但对于K2-J和W1-J两种试样,在某几个载荷水平时,出现断裂强度增加的现象。在分析疲劳拉伸曲线时,已经提到过疲劳过程中应力强化的现象,在载荷不是很大时,复合膜材中纤维的滑动、移位、沿拉伸方向的重排以及复合层和基布之间滑移将造成形变,这种变形很少会造成纤维接合点的破坏,而使得承载方向上的纤维受力越加均匀,所以对材料的单向拉伸性能有强化作用,强化的应力不是一直存在的,在某些次数的循环后会逐渐释放,呈现总体断裂强度下降的趋势。这一趋势也可以通过单次拉伸应力松弛试验后,试样的断裂强度减低这一现象来印证。


2、断裂伸长率:


断裂伸长率也是膜结构景观所用材料的一个很重要的机械性能指标,经定载荷或定伸长率试验后,试样重新进行拉伸断裂试验时,一般情况下会在小于一次拉伸断裂长度时断裂。得出的相应数据验证了柔性复合膜材的断裂伸长率也遵循这样的规律,即经过定载荷和定伸长的循环后,试样的断裂伸长率有显明下降。并且,随着循环疲劳载荷以及定伸长量的增加,材料的损坏加剧,相同试样的断裂伸长率逐渐变小,较少为原断裂伸长率的30-40%。



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3、塑性变形:


在进行定载荷和定伸长循环疲劳试验时,随着载荷和定伸长量的增加,各试样的塑性变形逐渐变大。说明在疲劳力的作用下,试样破坏了原有的平衡,产生了不能恢复的形变。


通过对以上三个参数的分析,我们看到了膜结构景观所用经编双轴向织物和机织物加强的柔性复合膜材疲劳损坏的特定性。对其判断与分析应同时考虑断裂强度、断裂伸长率、塑性变形等变量。这些变量的变化情况反映了材料在疲劳过程中机械性能的“劣化”(尽管在某些水平的试验条件下强度的对值有所增加)。所以损坏方程中不能简单地用只考虑应力的变化,而应建立能周全反映材料实际变化的应力-应变关系。



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