[发明专利]一种建筑膜材非线性力学行为的预测方法

说明书

本发明涉及一种建筑膜材非线性力学行为的预测方法，属于力学行为预测技术领域，包括：剪裁试验用试件；对试件进行拉伸试验，记录试验数据；对试验数据进行拟合处理，构建本构模型；利用所述本构模型对建筑膜材不同加载机制下的非线性力学行为进行预测。本发明有效解决了现有本构模型在描述建筑膜材拉伸力学行为中不能反映加载历史影响的不足；采用的试件尺寸适中，易于裁剪，试验过程简单，可操作性强，计算效率高，预测结果与试验数据相近，有效弥补了现行规范中建筑膜材本构模型过于简化的不足，为建筑膜结构进一步精确设计分析提供了有效的参考。

技术领域

本发明涉及力学行为预测技术领域，尤其是一种建筑膜材非线性力学行为的预测方法。

背景技术

建筑膜材料作为一种柔性编织复合材料，其力学性能受到细观结构、组分材料性能及不同组分材料界面性能等多重因素的耦合影响，具有典型的非线性、非弹性和粘弹性，其力学性能受加载历史及加载环境影响明显。由于建筑膜材种类繁多，且不同厂家制造工艺也存在显著区别，这导致不同建筑膜材之间力学性能存在差异。

目前在工程设计分析中采用的建筑膜材本构模型过于简化，不能有效反映出上述材料性能，降低了膜结构设计计算的可靠程度。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种建筑膜材非线性力学行为的预测方法，解决现行规范中建筑膜材本构模型过于简化的问题，为建筑结构进一步精确设计分析提供了有效的参考。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种建筑膜材非线性力学行为的预测方法，包括以下步骤：

剪裁试验用试件；

对试件进行拉伸试验，记录试验数据；

对试验数据进行拟合处理，构建本构模型，所述本构模型包括建筑膜材各主方向的切线模量模型和卸载模量及重加载模量模型；

利用所述本构模型对建筑膜材不同加载机制下的非线性力学行为进行预测。

进一步地，所述试件为建筑膜材，为了满足单轴拉伸的试验要求将试件剪裁结果为长条形；为了能够得到纤维拉伸不同方向的模量，在裁剪试件时，按照建筑膜材纤维方向进行裁剪，得到包括不同纤维方向的大小相等的多个长条形试件。

进一步地，所述纤维方向涉及到经向、纬向及45°方向，在拉伸试验中采用纤维经向裁剪的试件得到试件的经向切线模量，采用纤维纬向裁剪的试件得到试件的纬向切线模量，采用纤维45°方向裁剪的试件得到试件的剪切切线模量。

进一步地，所述拉伸试验包括恒定加载速率的单调拉伸试验和等幅度的逐级加卸载拉伸试验。在试验中，采用恒定加载速率的单调拉伸获取的是模型拉伸曲线非弹性的参数；采用等幅度的逐级加卸载获取材料力学性能受加载历史影响的参数。

进一步地，本构模型的构建包括对经向和纬向进行拉伸试验得到的试验数据进行拟合处理和以偏轴45°试件加卸载试验得到的试验数据曲线为优化目标进行参数优化。

所建立的本构模型包括建筑膜材各主方向的切线模量模型和卸载模量及重加载模量模型，既能描述建筑膜材在主轴方向拉伸过程中应力应变的非线性关系，又能充分反映加载历史的影响，解决了现有本构模型在描述建筑膜材拉伸力学行为中不能反映加载历史影响的不足。

进一步地，本构模型具体为：

式中，为建筑膜材切线模量，σ_i拉伸力分量；i表示方向，1、2表示经向和纬向，6表示剪切方向；ε_i为应变分量，为卸载或重加载模量，为建筑膜材加卸载过程中经历的最大应变分量,A_1～9为模型参数。