膜节点三维拉伸和膜材双轴拉伸试验技术及试验研究

摘要

膜材作为建筑膜结构的主要材料，其力学性能关系到结构计算分析、工程设计、制造和施工方案的确定，故对其力学性能的掌握就显得尤为重要。膜结构中的柔性连接件一般是结构最为薄弱点，其受力情况在国内外研究较少，故有必要对其进行探索。本文综合应用理论、试验和数值模拟等方法，以建筑膜材和三维膜节点为研究对象，对其力学性能开展研究。
　　首先，详细比较了恒定力增量加载和匀速加载两种双轴拉伸试验方法；对 PVC膜材分别进行恒定力增量加载试验和匀速加载试验，得到了应力-应变曲线；基于复合材料正交异性理论，计算得到膜材的弹性模量和泊松比，比较了不同计算方法所得工程弹性常数的差异。
　　其次，根据膜材双轴剪切变形特征，推导了工程剪应变和剪应力的计算公式，提出了双轴剪切加载方案；对PVC和PTFE膜材进行了双轴剪切试验，得到了剪应力-剪应变曲线和膜材的剪切模量，比较了不同计算方法所得剪切模量的差异。
　　再次，介绍了三维拉伸试验机的研制。三维拉伸试验机主要包括水平双轴拉伸拉伸试验机和z轴拉伸试验机，z轴拉伸试验机台架主要由可动机构和结构组成。
　　最后，提出了膜节点三维拉伸试验的加载模式以及试验方案。完成了9种膜节点三维拉伸试验，得到了双轴水平拉力曲线以及z轴拉力曲线。比较了垂直拉伸试验和偏轴拉伸试验的区别。基于膜材简化的本构模型，对垂直拉伸试验进行了数值模拟。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2膜材分类和应用

1.3 膜材力学性能研究现状

1.4本文主要研究工作

第二章 膜材双轴循环拉伸试验与分析

2.1引言

2.2双轴拉伸试验方案

2.3恒定力增量加载模式

2.4匀速加载模式

2.5弹性模量和泊松比

2.6本章小结

第三章 膜材双轴剪切试验与分析

3.1引言

3.2剪切变形与剪应力

3.3双轴剪切试验方案

3.4 PVC膜材剪切试验

3.5 PTFE膜材剪切试验

3.6剪切模量

3.7本章小结

第四章 膜节点三维拉伸试验技术

4.1引言

4.2三维拉伸试验机总体方案

4.3水平双轴拉伸试验机

4.4 z轴拉伸试验机

4.5 动力系统

4.6本章小结

第五章 膜节点三维拉伸试验与数值模拟分析

5.1引言

5.2三维膜节点试件和试验加载模式

5.3垂直拉伸试验

5.4偏轴拉伸试验

5.5数值模拟

5.6本章小结

第六章 结论与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

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