膜結(jié)構(gòu)建筑作為一種新型建筑結(jié)構(gòu)形式被廣泛應用于實際工程中,組成膜結(jié)構(gòu)的建筑膜材也越來越得到人們的重點關注。目前關于建筑膜材的研究大多數(shù)集中在膜材常溫下力學特性和有限元建模方面,存在高溫下力學特性研究偏少,有限元建模方式比較復雜等問題。本文對建筑膜材高溫下力學性能和有限元建模方式進行研究,通過大量試驗探討了高溫對膜材拉伸力學性能的影響;在試驗基礎上,提出了考慮膜材高溫性能的有限元模擬方法以及可供膜材由常溫強度推算高溫強度的估算方法。主要工作有以下幾個方面:(1)以兩種涂層織物膜材為主要研究對象,進行了66組單軸向高溫拉伸試驗,試驗溫度提高至200℃左右,得到了膜材應力-應變曲線、抗拉強度、斷裂延伸率和斷口形貌隨溫度的變化規(guī)律,分析給出相應力學性能指標隨溫度變化的擬合公式。通過對膜材高溫后斷口進行電鏡觀測,從微觀層面解釋了隨溫度升高膜材拉伸曲線由非線性過渡到線性的變化原因。(2)針對膜材應力-應變曲線呈現(xiàn)典型的非線性特征,基于分段線性理論,采用遺傳算法對應力-應變曲線進行分段,得到了曲線分段的最優(yōu)分段點位置取值,并將膜材應力-應變曲線簡化成了最優(yōu)的三個線性段。給出膜材三個線性段的彈性模量以及彈性模量隨溫度的變化表達式,建立了膜材考慮彈性模量隨溫度變化的高溫本構(gòu)模型。進行膜材高溫拉伸試驗數(shù)值模擬,模擬結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好,驗證了膜材高溫本構(gòu)模型可以用來描述膜材的高溫拉伸行為。(3)針對建筑膜材拉伸力學特性離散性大的特點,對不同型號PVC膜材分別進行了高溫拉伸試驗,得到了每種型號膜材的應力-應變曲線、抗拉強度、斷裂延伸率和彈性模量隨溫度的變化規(guī)律,并給出了隨溫度變化的擬合公式。通過分析PVC膜材高溫拉伸試驗結(jié)果,對不同膜材的最優(yōu)分段位置進行了統(tǒng)一,進而歸納提出了一種可供PVC膜材由常溫強度推算高溫強度的估算方法并驗證了估算方法的準確性。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TU38
【部分圖文】：

a) 國家游泳中心“水立方” b) 上海世博會陽光谷圖1-1 國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)建筑a) 蒙特利爾世博會德國館 b) 漢城體育館圖1-2 國外膜結(jié)構(gòu)建筑1.1.2 建筑膜材介紹1.1.2.1 膜材分類膜材料作為膜結(jié)構(gòu)的組成部分，其開發(fā)及研究使膜結(jié)構(gòu)得以發(fā)展，膜材料可分

圖1-1 國內(nèi)膜結(jié)構(gòu)建筑a) 蒙特利爾世博會德國館 b) 漢城體育館圖1-2 國外膜結(jié)構(gòu)建筑1.1.2 建筑膜材介紹1.1.2.1 膜材分類膜材料作為膜結(jié)構(gòu)的組成部分，其開發(fā)及研究使膜結(jié)構(gòu)得以發(fā)展，膜材料可分

有不同特性的膜材，以達到不同膜結(jié)構(gòu)對于膜材的特定要求，表 1-1 為《上海膜結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》所列織物基布與涂層的組合，工程應用中可根據(jù)實際情況參考搭配。圖1-3 膜材分類示意 圖1-4 織物膜材構(gòu)成表 1-1 常用基材與涂層組合組合 基材 表面涂層1 玻璃纖維 聚四氟乙烯（PTFE）2 玻璃纖維 氟化樹脂3 玻璃纖維 聚氯乙烯（PVC）4 聚酯類纖維 聚氯乙烯（PVC）5 聚乙烯醇類纖維 聚氯乙烯（PVC）6 聚酰胺類纖維 聚氯乙烯（PVC）1.1.2.2 膜材力學特性膜材屬于柔性材料，自身不具有剛度，只有施加了水平張力且張拉成一定形狀時才具有相應的結(jié)構(gòu)剛度[4]。膜材力學性能一般可分為非線性、各向異性、非彈性和粘彈性。（1）非線性膜材在單軸拉伸作用下的應力-應變曲線并不是線性的，隨著拉伸載荷的增加呈現(xiàn)明顯的非線性特征，如圖 1-5（a）所示。（2）各向異性
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本文編號：2849934