本發(fā)明涉及一種用于測試柔性織物膜材料雙軸拉伸強度的試件，尤其涉及一種雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件及其制作方法，該試件可用于建筑涂層織物膜材、飛艇高性能多功能層合蒙皮等柔性薄膜的雙軸拉伸強度測試，屬于材料力學實驗技術、建筑結構材料試驗技術領域。

背景技術：

柔性織物薄膜材料常由承力層織物基布和功能涂層等組成，廣泛應用于建筑、航空航天等工業(yè)領域，基本受力為雙向張力狀態(tài)。針對織物膜二維受力狀態(tài)在正常使用階段的力學性能研究已經廣泛采用雙軸拉伸試驗方法，但針對織物膜材強度及失效目前仍僅采用單軸拉伸試驗及設計方法。由于織物膜材的織物結構具有正交異性、非線性特征，單軸拉伸強度不能準確表征其雙軸拉伸應力強度，目前國內外仍缺少織物膜雙軸拉伸強度試驗的有效方法。

對于織物膜材的雙軸試驗已經有了廣泛的研究。雙軸拉伸試驗機與雙軸拉伸測試方法都有了很大發(fā)展。但目前的研究還是集中于低載荷雙軸拉伸力學性能研究，并沒有雙軸拉伸強度的試驗方法出現(xiàn)。例如：

“膜結構技術規(guī)程”(cecs158-2015)規(guī)定了采用雙軸拉伸試驗測試方法測試建筑p/g類膜材彈性常數(shù)。

“tensilemembranestructures”(asce/sei55-16)規(guī)定了采用雙軸拉伸測試涂層織物膜材的拉伸彈性常數(shù)和應變補償方法。

natalie,等著的“prospectforeuropeanguidesforthestructuraldesignoftensilemembranestructures”(publicationsofficeoftheeuropeanunion，2016.1)介紹了用于建筑織物膜雙軸拉伸和雙軸剪切測試方法。

paolo等著的“biaxialtestingforfabricsandfoils”(springer，2015)介紹了平面雙軸拉伸、充氣圓管和氣泡試驗方法用于織物膜和薄膜力學性能試驗。

陳建穩(wěn)、陳務軍著的“centralcracktearingtestingoflaminatedfabricuretek3216lvunderuniaxialandbiaxialstatictensileloads”(journalofmaterialsincivilengineering,2016，8(4)，(asce)mt.1943-5533.0001537)介紹了雙軸撕裂試驗方法。

李陽著的“建筑膜材料和膜結構的力學性能研究與應用”(同濟大學博士學位論文，2007.8)研究了雙軸拉伸試驗機，定制了加載譜和試驗方法。

陳務軍、王利鋼、高成軍著的“p/g類建筑織物膜材雙軸剪切試驗及力學特性分析”(建筑材料學報，2016，03:539-543)研究了織物膜材的雙軸剪切試驗方法及膜材的剪切力學性能。

雙軸拉伸強度試驗目前多應用于金屬材料測試，并已取得了重要進展和成果。

任家陶、李岡陵、豆志武著的“雙向拉伸試驗的進展與鈦板雙向拉伸的強化研究”(實驗力學，2001，02:196-206.)進行了金屬材料的雙軸拉伸試驗，并鈦板的雙向拉伸力學性能進行了研究。

魯帥著的“雙軸拉伸原位力學測試裝置的設計分析與試驗研究”(吉林大學碩士學位論文，2015)研究了雙軸拉伸力學試驗裝置，并對多種金屬材料的雙向應力下的力學性能開展試驗。

目前用于正常使用階段力學行為研究的柔性織物膜材雙軸拉伸雙十字型試件，在應力水平較高時，由于切縫、邊緣倒角等應力集中效應，試件在雙軸拉伸應力水平遠低于單軸拉伸強度時在應力集中區(qū)域發(fā)生破壞，其應力值不能表征織物膜雙軸拉伸強度，其破壞形態(tài)不能揭示雙軸拉伸真實力學行為機理。目前這些技術均不滿足織物膜雙軸拉伸強度試驗技術需求。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種柔性織物膜材雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件，及制作方法，結合使用雙軸拉伸試驗機，可進行柔性涂層織物膜材雙軸拉伸強度試驗，亦可用于其它高分子柔性薄膜雙軸拉伸強度試驗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供了一種雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件，包括中芯區(qū)和四個伸臂，所述四個伸臂圍繞所述中芯區(qū)向外延伸并組成十字形，每個所述伸臂通過邊緣過渡區(qū)與所述中芯區(qū)連接，所述伸臂的端部為夾持段，所述夾持段設置有夾持端橡膠棒，所述夾持端橡膠棒用于連接雙軸拉伸試驗機的夾具；所述雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件被設置為：進行雙軸拉伸強度試驗時，伸臂將雙軸試驗機的拉力傳遞至過渡區(qū)，最后施加到中芯區(qū)，所述中芯區(qū)為雙軸拉伸測試核心區(qū)，拉伸破壞先發(fā)生于所述中芯區(qū)；

其中，所述夾持段為三層，所述伸臂和所述邊緣過渡區(qū)為雙層，所述中芯區(qū)為單層，所述邊緣過渡區(qū)為四角具有倒圓角的四邊形。

進一步地，所述伸臂包括第一層和第二層，所述第二層的長度大于所述第一層的長度，所述第二層向上被翻折至與所述第一層的端部疊合，使得所述夾持段具有三層，所述夾持端橡膠棒被包裹在所述夾持段的三層中。

進一步地，所述第一層和所述第二層被焊接或粘合在一起。

進一步地，所述伸臂上設置有多道切縫，所述切縫平行于所述伸臂的長度方向。

進一步地，所述雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的材質為織物膜材，所述伸臂的長度方向平行于所述織物膜材的經緯向。

進一步地，相鄰兩伸臂之間具有倒圓角，相鄰兩伸臂之間的所述倒圓角所在的區(qū)域為雙層。

本發(fā)明的第二方面提供了一種上述雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的制作方法，包括以下步驟：

步驟一、選取織物膜材上非缺陷、離幅邊和卷端邊至少10cm的區(qū)域裁切具有正交十字形的第一裁切片和第二裁切片，使所述第一裁切片和所述第二裁切片均包括四個臂，每個裁切片中的四個臂形成所述正交十字形，且所述第一裁切片中的臂長于所述第二裁切片中的臂，所述第二裁切片的中心開設四角具有倒圓角的方孔；同時使得每個臂平行于所在的裁切片的織物膜材的經緯向；裁切時，使得每個裁切片中相鄰兩臂之間具有倒圓角；

步驟二、將所述第二裁切片置于所述第一裁切片上，并將所述第二裁切片的中心和四個臂分別與所述第一裁切片的中心和四個臂對齊，將第一裁切片的疊合面和第二裁切片的疊合面均勻涂覆可相溶膠黏劑，然后疊合粘合，并均勻擠壓，之后置于干燥環(huán)境，直至所述可相溶膠黏劑固化，使得所述第一裁切片和所述第二裁切片完全粘合在一起，得到四個伸臂；其中可焊接面或可膠合面為疊合面；

步驟三、將所述伸臂的端部處所述第一裁切片的臂上長于所述第二裁切片的臂的部分包裹夾持端橡膠棒，再涂覆可相溶膠黏劑，然后翻折、疊合并膠合成所述伸臂的夾持段；

步驟四、在每個所述伸臂上制作多道切縫，并使所述切縫平行于伸臂的長度方向。

進一步地，在所述步驟二中，所述第二裁切片置于所述第一裁切片上后，第一裁切片的中心區(qū)域形成中芯區(qū)，所述中芯區(qū)用作試件的核心測試區(qū)，為單層；中芯區(qū)的周圍形成邊緣過渡區(qū)，為雙層；所述第二裁切片的中心的方孔使得所述邊緣過渡區(qū)與所述中芯區(qū)的連接處為四角具有倒圓角的四邊形；同時所述伸臂為雙層。

進一步地，所述切縫的兩端分別距離所述夾持段和所述邊緣過渡區(qū)與所述伸臂的連接處約2cm。

進一步地，所述步驟三中，所述伸臂的端部處所述第一裁切片的臂上長于所述第二裁切片的臂的部分翻折后，使得所述夾持段具有三層。

本發(fā)明利用上述雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件進行雙軸拉伸強度試驗的方法為：將雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件在雙軸拉伸試驗機測試臺鋪展，四個伸臂夾持段正交對稱連接試驗機夾具；開啟雙軸拉伸試驗機，調節(jié)試驗機對試件預緊；設置雙軸拉伸加載模式，逐漸加載進行雙軸拉伸強度試驗。當雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的破壞先發(fā)生在中芯區(qū)時，試件破壞為有效破壞。此時，試驗機測得的拉力可表征織物膜材雙軸拉伸強度。

本發(fā)明的雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件可測定和表征織物膜材雙軸拉伸強度，破壞發(fā)生于單層測試區(qū)，伸臂和邊緣過渡區(qū)加強而后破壞，可應用于建筑膜材、飛艇蒙皮和其它工業(yè)織物領域等。

以下將結合附圖對本發(fā)明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個較佳實施例的雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的俯視圖；

圖2是本發(fā)明的一個較佳實施例的雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的剖面圖；

圖3是本發(fā)明的一個較佳實施例的雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件中夾持端橡膠棒的局部剖視圖；

圖4是本發(fā)明的一個較佳實施例的第一裁切片的俯視圖；

圖5是本發(fā)明的一個較佳實施例的的第二裁切片的俯視圖。

具體實施方式

如圖1～3所示，本發(fā)明的一個較佳實施例提供了一種雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件，包括中芯區(qū)1和四個伸臂2，四個伸臂2圍繞中芯區(qū)1向外延伸并組成十字形，每個伸臂2通過邊緣過渡區(qū)5與中芯區(qū)1連接，伸臂2的端部為夾持段3，夾持段3設置有夾持端橡膠棒4，夾持端橡膠棒4用于連接雙軸拉伸試驗機的夾具；其中，夾持段3為三層，伸臂2和邊緣過渡區(qū)5為雙層，中芯區(qū)1為單層，邊緣過渡區(qū)5為四角具有倒圓角的四邊形。

本實施例的雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件被設置為：進行雙軸拉伸強度試驗時，伸臂2將雙軸試驗機的拉力傳遞至過渡區(qū)，最后施加到中芯區(qū)1，中芯區(qū)1為雙軸拉伸測試核心區(qū)，拉伸破壞先發(fā)生于中芯區(qū)1。

雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的材質為織物膜材，伸臂2的長度方向平行于織物膜材的經緯向。每個伸臂2包括第一層和第二層，第二層的長度大于第一層的長度，第二層向上被翻折至與第一層的端部疊合，使得夾持段3具有三層，夾持端橡膠棒4被包裹在夾持段3的三層中(參見圖2和圖3)。第一層和第二層被焊接或粘合在一起。伸臂2上設置有多道切縫6，較佳地，為2～4道切縫6，切縫6平行于伸臂2的長度方向。

如圖1和2所示，試件正交對稱，包括四個伸臂2、四個夾持端橡膠棒4、中芯區(qū)1和邊緣過渡區(qū)5。伸臂2為雙層，由兩個十字型裁切片(第一裁切片21和第二裁切片22)膠合而成；伸臂2的夾持段3為三層。直徑φ的夾持橡膠棒被包裹在伸臂2的兩端。伸臂2長la、寬w、中芯區(qū)1為單層，是核心測試區(qū)，邊長為a的正方形，a＝w-2b。夾持段3寬度為e，邊緣過渡區(qū)5寬度為b。試件的長ls＝2(la+φ)+w。相鄰兩伸臂2之間具有倒圓角r，相鄰兩伸臂2之間的倒圓角所在的區(qū)域為雙層。圖中a3(夾持段3所在區(qū)域)為三層膠合區(qū)，a2(伸臂2和邊緣過渡區(qū)5所在區(qū)域)為二層膠合區(qū)，a1(中芯區(qū)1所在區(qū)域)為單層區(qū)。

如圖3所示，第一裁切片21的臂上多出第二裁切片22的臂的部分向上翻卷，并包裹直徑φ夾持橡膠棒，然后膠合于第二裁切片22。

本實施例的上述雙十字型復合織物膜材雙軸拉伸強度試件的制作方法包括以下步驟：

步驟一、選取織物膜材上非缺陷、離幅邊和卷端邊至少10cm的區(qū)域裁切具有正交十字形的第一裁切片21和第二裁切片22，使第一裁切片21和第二裁切片22均包括四個臂，每個裁切片中的四個臂形成正交十字形，且第一裁切片21中的臂長于第二裁切片22中的臂，第二裁切片22的中心開設四角具有倒圓角的方孔；同時使得每個臂平行于所在的裁切片的織物膜材的經緯向；裁切時，使得每個裁切片中相鄰兩臂之間具有倒圓角。

如圖4所示，第一裁切片21正交對稱，有四個臂，臂長la＝2(la+3φ+e)+w、寬w，臂間夾角為倒圓角r，每個臂平行于膜材經緯向。

如圖5所示，第二裁切片22正交對稱，有四個臂，臂長lb＝2la+w、寬w，臂間夾角為倒圓角r，臂平行于膜材經緯向。邊緣過渡區(qū)5寬b，中心四邊形方孔邊長a、四角倒圓角r。

步驟二、將第二裁切片22置于第一裁切片21上，并將第二裁切片22的中心和四個臂分別與第一裁切片21的中心和四個臂對齊，將第一裁切片21的疊合面7和第二裁切片22的疊合面7均勻涂覆可相溶膠黏劑，然后疊合粘合，并均勻擠壓，之后置于干燥環(huán)境，直至可相溶膠黏劑固化，使得第一裁切片21和第二裁切片22完全粘合在一起，得到四個伸臂2；其中可焊接面或可膠合面為疊合面7。

其中，第二裁切片22置于第一裁切片21上后，第一裁切片21的中心區(qū)域形成中芯區(qū)1，中芯區(qū)1用作試件的核心測試區(qū)，為單層；中芯區(qū)1的周圍形成邊緣過渡區(qū)5，為雙層；第二裁切片22的中心的方孔使得邊緣過渡區(qū)5與中芯區(qū)1的連接處為四角具有倒圓角的四邊形；同時伸臂2為雙層。

步驟三、將伸臂2的端部處第一裁切片21的臂上長于第二裁切片22的臂的部分包裹夾持端橡膠棒4，再涂覆可相溶膠黏劑，然后翻折、疊合并膠合成伸臂2的夾持段3。伸臂2的端部處第一裁切片21的臂上長于第二裁切片22的臂的部分翻折后，使得夾持段3具有三層。

步驟四、在每個伸臂2上制作多道(比如2～4道)切縫6，并使切縫6平行于伸臂2的長度方向。切縫6的兩端分別距離夾持段3和邊緣過渡區(qū)5與伸臂2的連接處約2cm。

本實施例中，所述選取的織物膜材試樣材料，無明顯緯斜、弓曲、砂眼等缺陷，且距離膜材幅寬邊緣不小于10cm、距膜卷材端部不小于10cm。采用手工或者自動裁切機進行裁切。

在具體實施時，伸臂2的寬w、長la，邊緣過渡區(qū)5的寬b，中芯區(qū)1的邊長a，夾持端橡膠棒4的直徑φ，倒圓角的半徑r、r，切縫6的數(shù)量和邊距d，即試件長ls、裁切片長la/lb可根據(jù)需要設計。同時本實施例的方法可適宜于其它薄膜材料。

在較佳實例中，可取尺寸w＝100mm，b＝20mm，a＝60mm，d＝15mm，la＝160mm，e＝40mm，φ＝12mm，r＝15mm，r＝10mm。

以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。