建筑膜材料力学性能研究

论文摘要

随着膜结构的发展和广泛应用,建筑膜材料作为一种新型的建筑材料越来越受到世人的瞩目。由于其应用越来越广泛,故其力学性能的研究也越来越受关注。膜结构工程所用膜材一般由基材、涂层、面层组成,常用的基材主要有玻璃纤维织物与聚酯纤维织物,而涂层则有聚氯乙烯（PVC）和聚四氟乙烯（PTFE）。基材组织一般采用平纹,织造工艺较为简单,应用最为广泛。由于膜材在使用过程中容易由拉伸、撕裂和蠕变三个原因而造成破坏,故本课题以PVC和PVDF建筑膜材料为研究对象,分别对其拉伸、撕裂和蠕变性能进行了研究和分析。主要研究内容和成果如下:1.对不同标准下膜材的拉伸性能、不同膜材的拉伸性能和膜材拉伸性能的各向异性进行了研究。结果表明:膜材在标准ASTM4851下的断裂强度和断裂伸长率最大,在标准JIS-L1096下最低,其它居中;法拉利FLUOTOP?T2 1002膜材的经、纬同向性较国产某厂家的PVDF膜材要好;膜材的拉伸性能呈典型的正交各向异性,正交各向异性板的弹性理论对不同方向上膜材的初始模量具有较好的预测。2.研究了不同标准下膜材的撕裂性能和机理,重点研究了中缝撕裂法中初始裂缝长度和方向对其撕裂性能的影响。结果表明:双舌撕裂法较梯形撕裂法撕裂模式要复杂,主要是纵向纱线伸长变形,横向纱线受剪切力、拉应力和来自纵向纱线的束缚力共同作用导致破坏,而梯形撕裂法则主要是撕裂三角区的延展破坏;中缝撕裂法中初始裂缝的长度和方向对撕裂强力有较大的影响,随着初始裂缝长度的增加,试样的撕裂强力成线性下降,而随着角度的增大,其下降趋势趋缓,两种破坏模式（脆性断裂模式和裂缝延展破坏模式）主要和实际裂缝切断纱线数量相关,裂缝较小时呈脆性断裂,裂缝大时呈裂缝延展破坏。3.对试样经、纬向在四种载荷水平下的蠕变性能、蠕变回复后的拉伸性能以及同种载荷水平下膜材七个面内方向上的蠕变性能进行了研究。结果表明:试样经、纬向的蠕变性能和加载载荷、蠕变时间有关,其各自应变均可用时间对数函数来表示;试样蠕变后的拉伸性能较蠕变前有较大差异,主要表现在应力强化阶段,随着蠕变载荷水平的提高,该阶段模量有不同程度上升;试样的蠕变性能表现出明显的各向异性,蠕变曲线亦可用应变—时间对数函数来表示,不同方向上试样的蠕变性能有较大差异,偏轴方向上试样的抗蠕变性能较经、纬向有明显下降,其中45°方向试样的抗蠕变性能最差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 膜结构和建筑膜材料概述
• 1.1.1 膜结构概述
• 1.1.2 建筑膜材料概述
• 1.2 建筑膜材料国内外发展现状
• 1.2.1 国内
• 1.2.2 国外
• 1.3 课题研究意义和主要工作内容
• 1.3.1 课题研究意义
• 第二章 膜材拉伸性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 衡量指标
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 三种膜材基本实验参数
• 2.3.2 不同标准下膜材的拉伸性能研究
• 2.3.3 国内外膜材的拉伸性能对比与分析
• 2.3.4 拉伸性能各向异性研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 建筑膜材料撕裂性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 国内外膜材撕裂强度相关测试标准
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 实验材料
• 3.3.2 实验仪器及条件
• 3.3.3 测试方法
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 双舌撕裂法撕裂性能与机理研究
• 3.4.2 梯形撕裂法撕裂性能与机理研究
• 3.4.3 单轴中缝撕裂法撕裂性能与机理研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 建筑膜材料蠕变性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 试样与仪器
• 4.2.2 试验方法
• 4.2.3 指标衡量
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 试样经、纬向在不同载荷下的蠕变性能研究
• 4.3.2 建筑膜材料蠕变机理研究
• 4.3.3 蠕变前、后拉伸性能研究
• 4.3.4 蠕变性能的各向异性研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢