[发明专利]一种用于涂层织物膜材破坏强度的判定方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种判定方法，尤其是一种适用于建筑膜结构中的用于涂层织物膜材破坏强度的判定方法。

背景技术

在工程应用中，材料往往处于复杂应力状态下，判断材料的安全—破损极限状态，建立材料破坏的强度预测准则非常必要。由于材料强度问题的复杂性，在强度准则中不可能包罗影响材料破坏的所有因素，只能从大量试验结果的观察中，选取影响较大的因素，建立起表达强度条件的数学关系式。破坏准则是结构设计的主要设计依据之一，对于材料的发展和应用有十分重要的意义。

在实际情况中，材料总是处于复杂应力状态，复杂应力状态下的强度值不可能用简单的试验逐个给出，这不仅是由于各种应力组合有无穷多个，同时进行复合材料的组合应力试验也是一件相当困难的事情。因此，材料强度准则所要解决的问题就是利用几个基本强度，用尽可能简单的表达式来判定材料在各种应力组合状态下的强度。

涂层织物膜材为正交各向异性材料，只受拉不受压，主要由基层、涂层和面层三部分。其中基层由各种织物纤维编织而成，决定膜材的结构力学特性。涂层和面层保护基层，且具有自洁、抗污染、耐久性等作用。基层的编织纤维相互垂直，分别为经向、纬向纤维，两个方向（又称作两个主轴）的力学性能差异较大。

涂层织物膜材属于机织复合材料，破坏模式比较复杂，目前没有统一、精确的强度模型来描述材料的强度准则。材料的强度准则主要有两种探索途径，即宏观强度理论和细观强度理论途径。宏观强度准则根据传统的强度理论推广得到，寻求一个以单向应力强度为参数的准则方程，以拟合材料在任意应力状态下的强度，因它不涉及材料的具体破坏形式和机理，故又称之为唯象强度准则。一般是从大量试验结果的观察中，选取影响较大的因素，建立起表达强度条件的数学关系式。该方法形式简单，使用方便，目前使用比较普遍。细观强度准则认为，由于涂层织物类膜材料是由纤维、面层和涂层组合而成，本质上是结构物，它的破坏形式和机理与常规均质材料完全不同。主要是它不像常规均质材料那样，发生宏观均匀代表单元的整体破坏，而是以细观不均匀结构特征，在纤维、涂层和它们的界面三者中，发生最薄弱环节的破坏形式。细观强度准则是以材料细观层次（即基体、纤维和界面）的破坏形式和机理为基础，建立一个以细观组分性能为参数的强度准则方程，用以分析材料的破坏强度。该方法主要应用在纺织行业中，由于表达式比较复杂，在实际工程应用中受到限制。

在工程设计中，研究、设计人员习惯套用复合材料中的强度准则来解决相关问题。文献强度理论百年总结[J].力学进展，2004，34（4），529-560和纤维增强复合材料性能[J].玻璃钢，1998，38（2），36-4公开了复合材料中常用的几种比如最大主应变准则、最大主应力准则、Tsai-Hill准则、Tsai-Wu准则、Norris准则、Yeh-Stratton准则、Hoffman准则、Hashin准则等。其中最大主应变准则、最大主应力准则已经被证明不适合用于涂层织物类膜材，Tsai-Wu准则是属于张量多项式准则，几乎涵盖了所有的强度参数，预测效果较好，但是表达式过于复杂，参数求解过于麻烦，不便于应用。而其他准则各有侧重点，其中，Yeh-Stratton准则、Hoffman准则和Tsai-Hill准则应用较多。当用于只受拉不受压的材料（比如本专利涉及到的涂层织物类膜材）时，Hoffman准则和Tsai-Hill准则形式一致。

以下为三种常用方法的判定公式：