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原文传递一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法

专利名称：	一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法
摘要：	本发明公开了一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法。基于双轴测试方法，整合膜材料偏转角度及经纬向应力比例参数，实现测试柔性膜材处于拉、剪应力共存的耦合应力状态；并可基于膜结构工程中膜面具体工况，设置不同剪切应力水平，实现剪切应力与剪切应变关联性分析；最后，基于材料力学理论的处理分析，得到柔性膜材在拉剪耦合应力下剪切刚度。该测试方法在应力稳定性、拉剪应力同步性、试验可操作性等方面优于现有的剪切试验方法，且可实现真实拉剪耦合应力状态下柔性膜材力学性能的测试，实现剪切应力与剪切应变关联性分析，有效弥补了现有柔性膜材剪切性能测试方法存在的不足。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	南京理工大学
发明人：	陈建稳;吴善祥;赵兵;周涵;关晓宇;周子龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910470120.0
公开号：	CN110208113A
代理机构：	南京理工大学专利中心
代理人：	王玮
分类号：	G01N3/24(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	210094 江苏省南京市孝陵卫200号
主权项：	1.一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法，其特征在于该方法包括：将膜材裁成标准十字形切缝试件之后，对试件进行多经纬向拉伸及剪切应力状态下的拉伸试验，使材料受到拉、剪应力的耦合作用，得出材料在双轴拉剪耦合应力状态下的剪切参数。 2.根据权利要求1所述的考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法，其特征在于具体步骤如下：第一步，确定膜材测试拉伸及剪切应力状态范围；依据实际工程中膜材所处应力状况，采用数值或实际测量方法，确定包括经纬向拉伸应力比例N范围、拉伸应力σ范围、剪切应力τ范围、预应力水平，依据上述应力范围进行扩大，确定膜材测试拉伸应力范围[σ1,σ2]、剪切应力范围[τ1,τ2]及应力比例范围[N1,N2]；第二步，确定柔性膜材测试模型尺寸；将膜材料裁成标准十字形切缝试件，保证裁剪时每个伸臂端的裁剪方向与纤维方向成固定夹角，试件沿悬臂中间做切缝处理，交叉角处采用圆弧处理，臂端部缠绕PE棒；第三步，确定膜材测试模型纱线偏轴参数；依据第一步应力比范围，利用公式(1a)确定角度参数a；基于求取的角度参数a，根据公式(1b)求取偏轴参数α；式中，a为角度参数，N＝σw/σf为膜材料经纬向应力比，N2为应力比最大值；σ为应力，w、f分别表示经纬向；M＝σx/σy为试验双轴X、Y向加载应力比，M为1/5～5/1之间常数；第四步，确定X、Y向应力比例；基于第三步确定的膜材料偏轴角度α及第一步确定的经纬向应力比N范围，依据公式(2)求取X、Y向加载应力比M数值范围[M1,M2]；第五步，确定X、Y向应力水平参数；依据第四步确定的经纬向应力比例、经纬向应力加载制度及试验需求，依据公式(3a)(3b)求取X、Y向加载应力，确定X、Y向加载应力水平及应力范围参数；式中，σ2≥σw、σf≥σ1；第六步，进行膜材料双轴拉剪试验，采用薄膜用双轴拉伸试验机对膜材进行安装，保证安装时无应力引入；加载过程中同时在经、纬向及对角线方向进行位移测量；第七步，预应力水平设置及不同应力比加载；依据工程案例需要，设置二组及以上预应力水平；试验前先在XY向上同步施加预张力，并维持15～30min，采用力控制加载，XY向以恒定应力增量施加张力，根据第六步方法实现试件的若干组经纬向拉伸应力比测试；加载至XY向范围最大应力后立即卸载，卸载过程中保持和加载过程中相同的应力比例，当卸载到最小值时立即加载，重复以上步骤3次以上；依次按照所有预先确定的加载比例，完成加载；第八步，加载不同剪应力水平；依据第一步剪切应力τ范围确定剪应力水平，基于第七步改变XY向加载应力，实现3组及以上剪应力水平下不同经纬向应力比例加载测试，剪切应力依据材料力学公式(4)求得；第九步，剪切应力及工程剪应变的计算；依据第八步确定剪切应力，通过材料形变几何关系推导求出工程剪应变γ，见公式(5) 式中，εf、εw分别表示纬Fill、经Warp向应变，εdia为对角线方向应变，由相应方向的变形位移Δf、Δw、Δdia确定，由第六步方法求得；第十步，绘制剪应力-剪应变关系曲线、计算剪切模量；基于第九步所得剪应力及工程剪应变，绘制加载过程所得剪切应力-剪应变关系曲线；依据测试应力应变关系曲线，进行剪切模量的确定；求取测试不同组的最后一次循环的剪切模量平均值，作为柔性膜材剪切模量。 3.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第二步中所述柔性膜材测试模型裁剪与纤维方向成固定夹角，该夹角非90或0°。 4.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第六步中所述膜材料双轴拉剪试验，采用薄膜用双轴拉伸试验机，加载过程中同时在经Warp、纬Fill向及对角线方向进行位移测量，可实现经纬形变分析。 5.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第七步中所述经纬向预应力水平及应力比依据工程实际需求定制。 6.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第八、九步中所述剪切应力水平依据工程实际需求设置，工程剪切应变采用经、纬向及对角线方向应变计算得到。 7.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第十步所述由剪应力-剪应变关系曲线计算剪切模量，可选择区段、计算方法依据需求确定。
所属类别：	发明专利