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膜結構景觀柔性膜材的疲勞損壞

2021-03-24 11:45:33

由于膜結構景觀所用柔性膜材中的纖維大分子,以及基布和復合層的復雜結構,使對其進行損壞分析時,不能簡單地歸為裂縫或縫隙發展所導致的強度、模量的變化,根據分析,在此選定用斷裂強度、斷裂伸長率以及塑性變形這三個參數作為判斷柔性復合膜材損壞程度的損壞變量。


1、斷裂強度:


對于經編雙軸向織物和機織物加強的柔性復合膜材,其斷裂強度隨著疲勞試驗的強度的增加呈現某一規律,但不是簡單的線性關系。結合相關分析,對于兩類試樣在進行定載荷和定伸長的試驗后,總體發現試樣的斷裂強度有不同程度的下降,約為5%左右。但對于K2-J和W1-J兩種試樣,在某幾個載荷水平時,出現斷裂強度增加的現象。在分析疲勞拉伸曲線時,已經提到過疲勞過程中應力強化的現象,在載荷不是很大時,復合膜材中纖維的滑動、移位、沿拉伸方向的重排以及復合層和基布之間滑移將造成形變,這種變形很少會造成纖維接合點的破壞,而使得承載方向上的纖維受力越加均勻,所以對材料的單向拉伸性能有強化作用,強化的應力不是一直存在的,在某些次數的循環后會逐漸釋放,呈現總體斷裂強度下降的趨勢。這一趨勢也可以通過單次拉伸應力松弛試驗后,試樣的斷裂強度減低這一現象來印證。


2、斷裂伸長率:


斷裂伸長率也是膜結構景觀所用材料的一個很重要的機械性能指標,經定載荷或定伸長率試驗后,試樣重新進行拉伸斷裂試驗時,一般情況下會在小于一次拉伸斷裂長度時斷裂。得出的相應數據驗證了柔性復合膜材的斷裂伸長率也遵循這樣的規律,即經過定載荷和定伸長的循環后,試樣的斷裂伸長率有顯明下降。并且,隨著循環疲勞載荷以及定伸長量的增加,材料的損壞加劇,相同試樣的斷裂伸長率逐漸變小,較少為原斷裂伸長率的30-40%。



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3、塑性變形:


在進行定載荷和定伸長循環疲勞試驗時,隨著載荷和定伸長量的增加,各試樣的塑性變形逐漸變大。說明在疲勞力的作用下,試樣破壞了原有的平衡,產生了不能恢復的形變。


通過對以上三個參數的分析,我們看到了膜結構景觀所用經編雙軸向織物和機織物加強的柔性復合膜材疲勞損壞的特定性。對其判斷與分析應同時考慮斷裂強度、斷裂伸長率、塑性變形等變量。這些變量的變化情況反映了材料在疲勞過程中機械性能的“劣化”(盡管在某些水平的試驗條件下強度的對值有所增加)。所以損壞方程中不能簡單地用只考慮應力的變化,而應建立能周全反映材料實際變化的應力-應變關系。



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