适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件的制作方法
【专利摘要】一种适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，包括十字形涂层织物膜材试件，十字形涂层织物膜材试的四个矩形条带向中心区域渐收呈锥形，四个矩形条带的锥形头部相交部位为圆弧倒角过渡，四个矩形条带的锥形部位中部分别开有一道切缝。利用这种双轴拉伸试件能更加准确的测试出涂层织物膜材的双轴拉伸破坏强度。四肢与中心区的连接采用锥形过渡的形式，减小了中心标定区的尺寸，试件四肢间均采用圆弧倒角过渡，能准确的测出涂层织物膜材的双轴拉伸破坏强度。对试件进行有限元分析，得十字锥形切缝试件核心区的应力分布更均匀，由于十字锥形试件的破坏均发生在试件的核心区域，可避免在悬臂部分发生破坏，为分析膜材的复杂应力状态提供了条件。
【专利说明】适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种双轴拉伸试验试件，尤其适用于建筑膜结构中的用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件。
【背景技术】
[0002]涂层织物膜材为正交各向异性材料，只受拉不受压，主要由基层、涂层和面层三部分。其中基层由各种织物纤维编织而成，决定膜材的结构力学特性。涂层和面层保护基层，且具有自洁、抗污染、耐久性等作用。基层的编织纤维相互垂直，分别为经向纤维和纬向纤维，两个方向(又称作两个轴向)的力学性能差异较大。
[0003]在实际工程中，膜材为双轴受力，其力学性能受加载制度(包括两个方向的应力t匕、加载速度、荷载维持时间等)影响非常明显，因此在进行结构分析时，膜材料的本构关系参数应当全部来源于双轴试验，且应当与使用目的相对应，采取相应的试验方案。
[0004]膜材双轴拉伸试验大致有可分为以下三类:鼓形双轴试验、圆柱状双轴试验和平面十字形双轴拉伸试验。鼓形双轴试验将圆形膜材试件固定于鼓边，通过施加鼓内气压并测量圆形膜材试件应变以测定膜材在双向受力状态下的工程常数。但这种试验不能改变膜面经纬向应力的比例。圆柱状双轴试验，将膜试件制作成圆柱形，两端为刚性端圆板，半径，保证气密性，然后通过注气阀注入气体，并由气压表测定内部气压。其中，膜材经向和纬向可分别作为圆柱状试件的母线。将圆柱内充气使膜受双向拉力，根据内部气压决定张力水平，可以实现经、纬向应力比例为2:1，1:1，1:2的试验。前两者由于操作比较麻烦，试验设备的通用性较差，所以应用较少。目前应用最广的膜材双轴拉伸试验是平面十字形试件的双轴拉伸试验。该试验方法近似假定膜材经纬向为两个弹性主轴，将膜材受力视为各向异性弹性理论下的平面应力问题。十字形膜材试件的两个拉伸方面分别平行于膜材经向、纬向。在不同的拉伸比例下，通过力传感器和位移传感器分别测量膜材试件的经向荷载、纬向荷载以及经向应变和纬向应变。设定X和Y轴为双轴拉伸试验的两个拉伸方向，即正交异性板的弹性对称轴，不考虑膜材剪切问题。
[0005]在十字形试件的双轴拉伸试验中，设备操作、试件的安装比较方便。该试验方法一般都可以实现膜材的双向张拉，且两个方向的拉伸速度既可相互独立控制，也可连动控制，实现任意不同拉伸速度比例下的双轴拉伸试验。但是问题在于十字形试件的制作过程中，在核心区域两个方向的悬臂连接的部位，为了防止应力集中，一般采用过渡圆弧，辅以在悬臂上进行多道切缝。经过上述处理后的试件的应力集中情况能够得到很大程度的缓解。但是该方法的问题在于在采用过渡圆弧后，悬臂靠近中心区域的部分截面要大于悬臂的端部，会容易导致在端部破坏。在试件加工时，过渡圆弧越大，应力集中的缓解程度越明显，而上述两者(端部截面和核心区域截面)的差别就越大，这样就会导致在进行破坏试验时，试件往往在试件的端部发生破坏，而不是我们想要的核心区域的破坏，因此就不能对膜材在复杂复合应力作用下的破坏进行分析。
【发明内容】
[0006]本实用新型的目的是克服已有技术中的足之处，提供一种方法简单、制作方便、避免试件端部发生破坏、适用于建筑膜结构中的涂层织物膜材的双轴拉伸试件。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的用于涂层织物膜材双轴拉伸的试件，包括由对称矩形条带构成的十字形涂层织物膜材试件，十字形涂层织物膜材试件的四个矩形条带上留有适于夹具夹持的夹持段，所述十字形涂层织物膜材试的四个矩形条带向中心区域渐收呈锥形，四个矩形条带的锥形头部相交部位为圆弧倒角过渡，四个矩形条带的锥形部位中部分别开有一道切缝。
[0008]所述圆弧倒角过渡的倒角半径取为1.5 — 2.0cm。
[0009]所述的中心区域尺寸至少为6X6cm。
[0010]所述的四条矩形杆的锥形部位的长度至少为14.4cm。
[0011]有益效果:本实用新型适用于建筑膜结构中的涂层织物膜材料双轴拉伸试件，采用沿拉伸方向和与纤维方向一致的拉伸试验方法进行拉伸试验，即裁剪试件时，剪裁方向平行于纤维方向；试验时沿着材料裁剪方向和垂直于材料剪裁方向施加拉力，此时材料会受到双轴拉力作用。当试验拉力逐渐加大，使涂层织物类膜材发生破坏。对试件进行十字锥形切缝的处理，四肢与中心区的连接采用锥形过渡的形式，在裁剪试件时，分别考虑沿拉伸方向和与纤维方向一致。上述处理后，减小了中心标定区的尺寸，试件的应力集中情况能够得到很大程度的缓解，应力分布更加均匀，在目前的涂层织物类膜材的弹性模量及泊松比测试中应用较好。对试件进行有限元分析中，切缝十字锥形的试件核心区的应力集中系数为1.841应力分布更为均匀。通过大量双轴拉伸试验发现，十字锥形试件的破坏均发生在试件的核心区域，避免了在悬臂部分发生破坏，十字锥形切缝试件测得膜材的双轴拉伸破坏强度更为接近实际情况，更加准确的测出了膜材的双轴拉伸破坏强度值，这为在实际工程中对膜材的设计、施工、检测中受力分析提供了确切依据，为分析膜材的复杂应力状态提供了条件。适用于建筑膜结构中的用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，利用这种双轴拉伸试件能更加准确的测试出涂层织物膜材的双轴拉伸破坏强度。本方法简单，制作方便，试件能够更加准确的测试出建筑膜结构中的涂层织物膜材的双轴拉伸破坏强度。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0012]图1是本实用新型的加载示意图:
[0013]图中:1-十字形矩形试件；2_夹持段；3-夹具；4-切缝；5_电子位移计。
【具体实施方式】
:
[0014]下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步的描述:
[0015]本实用新型的用于涂层织物膜材双轴拉伸的试件，主要有由对称矩形条带构成的十字形涂层织物膜材试件1，十字形涂层织物膜材试件1的四个矩形条带上留有适于夹具3夹持的夹持段2，所述十字形涂层织物膜材试件1的四个矩形条带向中心区域渐收呈锥形，四个矩形条带的锥形头部相交部位为圆弧倒角过渡，四个矩形条带的锥形部位中部分别开有一道切缝4，在十字形矩形试件1中心区域内设有电子位移计5。所述圆弧倒角过渡的倒角半径取为1.5 — 2.0cm,的中心区域尺寸至少为6X6cm,四条矩形杆的锥形部位的长度至少为 14.4cm。
[0016]工作原理:
[0017](I)针对涂层织物类膜材，裁成十字锥形切缝试件。试件四肢间均采用圆弧倒角过渡，倒角半径取为1.8厘米，中部核心区域尺寸大约为6厘米X6厘米，悬臂变截面部分长为14.4厘米，并且在变截面部分中间设置一道切缝，夹持部分采用热合加固处理，热合时将膜片端部重叠，以膜材熔点相近的温度(约260°C )进行适当时间的压合，使膜片融化后连接成整体。膜片的热合是双层的，热合时膜片重叠部分的接合宽度大于10cm，热合时无粘接剂，其连接部分的材料已熔化为一体，因此连接部分的材料特性与母材一致。
[0018](2)采用沿拉伸方向和与纤维方向一致的拉伸试验方法进行拉伸试验，即裁剪试件时，剪裁方向平行于纤维方向；试验时沿着材料裁剪方向和垂直于材料剪裁方向施加拉力,此时材料会受到双轴拉力作用。
[0019](3)拉伸试件所采用的仪器
[0020]采用等速伸长试验机。恒定伸长速率为100毫米/分钟，精度为±10%。试验机应具有指示或记录加于试样上使其拉伸直至破坏的作用力以及相应的试样断裂延伸长度装置。在仪器满量程内的任意点上指示或记录夹具间距的允许误差为±1毫米。夹具设置应使试样在被拉伸过程中不发生滑移。两夹具的中心点应位于拉伸轴线上，夹持线应垂直于拉伸线。两夹具的夹持面应在同一平面内，并略宽于所准备的试样。夹具应牢固的夹住试样使之不滑动，但不应夹断或损坏试样。夹具可采用加用衬垫材料的平面夹具，也可采用有线条槽或波纹面的夹具。在十字形矩形试件I心区域内设有电子位移计5。
【权利要求】
1.一种适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，包括由对称矩形条带构成的十字形涂层织物膜材试件(I )，十字形涂层织物膜材试件(I)的四个矩形条带上留有适于夹具(3)夹持的夹持段(2)，其特征在于:所述十字形涂层织物膜材试件(I)的四个矩形条带向中心区域渐收呈锥形，四个矩形条带的锥形头部相交部位为圆弧倒角过渡，四个矩形条带的锥形部位中部分别开有一道切缝(4)。
2.根据权利要求1所述的适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，其特征在于:所述圆弧倒角过渡的倒角半径取为1.5 — 2.0cm0
3.根据权利要求1所述的适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，其特征在于:所述的中心区域尺寸至少为6 cm X6cm。
4.根据权利要求1所述的适用于涂层织物膜材的双轴拉伸试件，其特征在于:所述的四个矩形条带的锥形部位的长度至少为14.4cm。
【文档编号】G01N1/28GK204202955SQ201420573320
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】张营营, 曹原, 张兰兰 申请人:中国矿业大学