[发明专利]适用于模型试验中涂层织物类膜材的弹性模量测试方法

摘要

一种适用于模型试验中涂层织物类膜材的弹性模量测试方法，属于膜材料弹性模量的测试方法。根据模型试验中的材料受力情况，对材料进行简单加载处理之后，结合常规的双轴试验，即得出膜材在双轴拉伸试验下的弹性模量；首先，先沿膜材经纬向上施加一定的预张力，维持一定时间；然后，进行多个应力比例的拉伸试验，直到材料破坏，记录试验数据；最后，基于线弹性、各向异性的假定，采用最小二乘法对数据进行处理分析，得出膜材在模型试验中的弹性模量和泊松比。优点：该测试方法简单、操作性强，加工制作和加载过程符合模型试验的实际情况，合理的加载制度，能够准确反映膜材料的实际受力状态，有效弥补了现有弹性模量测试方法存在的缺陷。

主权项

一种适用于模型试验中涂层织物类膜材的弹性模量测试方法，其特征是：该膜材的双轴拉伸试验方法包括：根据模型试验中的材料受力情况，对材料进行简单加载处理之后，结合常规的双轴试验，即可得出膜材在双轴拉伸试验下的弹性模量；具体步骤如下：(1)针对模型中的膜材料，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平行，不破坏纤维的完整性；试件沿悬臂方向间隔5cm做均匀切缝处理，试样过渡处采用圆弧处理；(2)采用膜材双轴拉伸试验机，对膜材进行安装，保证安装时没有应力产生；应力测试点设在试件中心，在加载过程中同时在经纬两向量测，位移采用电子位移计量测，将插针牢固连接于位移计的头尾两处，按照事先做好的标记线插入膜材试件并固定，以此测量张拉过程中膜材试件上标记线的位移量；(3)张拉时外力方向与膜材经纬向保持一致，试验前先在经纬向上施加100N的预张力，并维持30分钟；(4)试验以恒定速度进行张拉，试件分别进行拉伸应力比为1:1、2:1、1:2、3:1、1:3、1:5、5:1、0:1、1:0的九组拉伸试验；试验数据取到最大破坏荷载的80％；(5)运用最小二乘法对实验数据进行处理，可得：S＝Σ{(E₁₁N_Xi+E₁₂N_Yi‑ε_Xi)²+(E₂₂N_Yi+E₁₂N_Xi‑ε_Yi)²}+Σ{(E₁₁N_Xi‑ε_Xi)²}+Σ{(E₂₂N_Yi‑ε_Yi)²}其中：$E_{11}=\frac{1}{E_{X}t},E_{22}=\frac{1}{E_{Y}t},E_{12}=E_{21}=-\frac{v_{\mathrm{XY}}}{E_{X}t}=-\frac{v_{\mathrm{YX}}}{E_{Y}t}$式中的S为残差平方和，N_x为水平方向的最大拉力，N_y为竖直方向的最大拉力，ε_x为材料水平方向的应变，ε_y为材料竖直方向的应变，E₁₁、E₁₂、E₂₂为弹性常数，E_x为材料水平方向的弹性模量，E_y为材料竖直方向的弹性模量，ν_XY、ν_YX为材料的泊松比，t为试件的宽度；最小二乘法是在某一区间内，使连续函数与其逼近函数的残差平方和最小的优化逼近方法；考虑到E₁₁、E₁₂、E₂₂相互独立，有$\frac{\∂S}{{\∂E}_{11}}=\frac{\∂S}{{\∂E}_{22}}=\frac{\∂S}{{\∂E}_{12}}=0$可求出未知变量E₁₁、E₁₂、E₂₂，同时考虑弹性模量和泊松比的互逆关系，即E_X/E_Y＝ν_XY/ν_YX，可进一步求出E_X、E_Y、v_XY和v_YX，即得到膜材料的经、纬向弹性模量和泊松比。