機織建筑膜材料拉伸力學性能的有限元模擬與分析.pdf

1、隨著膜結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應用，機織建筑膜材料的力學性能研究愈來愈受到關(guān)注。機織建筑膜材料不同于一般的建筑材料，它是一種柔性的機織物涂層復合材料，需要依賴膜的特定張拉形狀才能承受載荷。機織建筑膜材料在各種拉伸載荷作用下的拉伸力學性能對于指導膜結(jié)構(gòu)的設計和構(gòu)建非常必要，因此課題目的是使用ABAQUS有限元軟件模擬與分析機織建筑膜材料單軸向和雙軸向拉伸力學性能。
　　 通過應用ABAQUS有限元軟件在機織建筑膜材料拉伸試樣、機織物拉伸和機

2、織建筑膜材料拉伸試驗的模擬，以期實現(xiàn):(1)利用ABAQUS有限元軟件快速比較不同形狀、尺寸試樣在拉伸試驗中的應力分布情況，從而選擇合適的試樣;(2)建立機織物模型，進行機織物拉伸試驗模擬，分析紗線間相互作用、紗線性能變化對機織物拉伸性能的影響;(3)建立機織建筑膜材料模型，開展膜材料單軸向、雙軸向拉伸試驗模擬，獲得膜材料拉伸試驗彈性模量。
　　 對機織建筑膜材料單軸向、雙軸向拉伸試驗的試樣形狀和尺寸進行了模擬分析，結(jié)果表明，單

3、軸向拉伸試樣應選擇合適的長寬比，對比不同倒角半徑的應力云圖，得到應力分布較合適的試樣，降低試樣在夾頭處斷裂的可能性;雙軸向拉伸試樣的尺寸為180×180mm時，試樣倒角半徑取5mm、拉伸軸寬度為60mm、裂縫長度約等于拉伸軸長度、裂縫條數(shù)為5時，有利于機織建筑膜材料均衡受力。
　　 機織建筑膜材料由機織物基布和涂覆的基體組成，因此先對機織物進行模擬分析以加強對模型應用和模擬技術(shù)的把握。論文建立了機織物模型，應用動態(tài)顯式運算對機織

4、物拉伸進行了模擬，考慮了Step值、經(jīng)緯紗相互作用的罰因子大小對結(jié)果的影響，進行了紗線性能變化對模擬結(jié)果的敏感性分析，結(jié)果表明動態(tài)顯式計算時Step值對運算結(jié)果和耗時都有顯著影響、經(jīng)緯紗間相互作用對結(jié)果影響不明顯、紗線性能參數(shù)直接影響模擬結(jié)果。
　　 模擬了機織建筑膜材料的單軸向、雙軸向拉伸試驗，討論了紗線相互作用類型、紗線截面形狀、材料屬性等因素對單軸向拉伸試驗模擬結(jié)果的影響，在此基礎上定義合適的相互作用和截面形狀;探討紗線和

5、基體性能參數(shù)變化對機織建筑膜材料拉伸試驗模擬結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)膜材料彈性模量隨著紗線性能變化10％大約變化10％，而基體性能參數(shù)變化50％膜材料拉伸彈性模量的模擬結(jié)果的變化幅度僅僅變化約5％;進行雙軸向拉伸試驗模擬，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與試驗值有較大誤差，誤差原因是ABAQUS有限元軟件不能模擬機織物的經(jīng)緯交織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的屈曲波高變化，提出一個辦法使紗線在拉伸起始階段不立刻完全表現(xiàn)出其性能，而是以一定比例緩慢提升，到某點時才完全釋放其性能;結(jié)果證明