本發(fā)明涉及一種織物膜材雙軸剪切測試方法，可以用于建筑織物膜材、飛艇織物蒙皮等織物膜材的剪切測試，屬于材料力學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

織物膜材是一種廣泛應(yīng)用的復(fù)合材料，主要應(yīng)用于土木建筑、航空航天等工業(yè)領(lǐng)域?？椢锬げ挠煽椢锘紭?gòu)成，織物基布是由高分子纖維經(jīng)過紡紗再編織加工而成?？椢锬げ脑诠ぷ魇芰顟B(tài)一般為雙向張力狀態(tài)，但由于載荷非對稱、材料復(fù)雜微觀結(jié)構(gòu)、復(fù)雜的實(shí)際約束邊界與施工張拉過程等，織物膜也會產(chǎn)生剪應(yīng)力狀態(tài)?？椢锬げ膶儆诟叻肿訌?fù)合材料，具有復(fù)雜的力學(xué)性質(zhì)，其受拉力學(xué)參數(shù)測定方法較成熟，可采用單軸或雙軸拉伸測試方法，而對剪切測試方法和剪切力學(xué)特性尚不充分。

易洪雷,丁辛，陳守輝著的“pes/pvc膜材料拉伸性能的各向異性及破壞準(zhǔn)則”(復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2015，22(6)：98-102)進(jìn)行了不同偏軸角度下的單向拉伸試驗(yàn)，表明拉剪混合型破壞模式下材料斷裂強(qiáng)度難以預(yù)測。

何世贊，陳務(wù)軍，高成軍著的“浮空器蒙皮膜復(fù)合材料單軸拉伸力學(xué)性能及彈性常數(shù)”(復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2017，34(1)：224-230)進(jìn)行了材料在不同偏軸角度下的單軸拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明單層板推導(dǎo)出的彈性本構(gòu)關(guān)系對平紋層壓膜適用性較差。

李陽著的“建筑膜材料和膜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能研究與應(yīng)用”(同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文，2007.8)研究了雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)，定制了雙軸拉伸加載譜和試驗(yàn)方法。

陳建穩(wěn)，陳務(wù)軍，張大旭著的“pvdf/pes涂層織物循環(huán)拉伸力學(xué)性能及彈性模量”(華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，41(6)：69-76)采用分別單軸循環(huán)拉伸和雙軸循環(huán)拉伸得到單雙軸循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果。

陳務(wù)軍，王利鋼，高成軍著的“p/g類建筑織物膜材雙軸剪切試驗(yàn)及力學(xué)特性分析”(建筑材料學(xué)報(bào)，2016，19(3)：539-543)研究了織物膜材的雙軸剪切試驗(yàn)方法及膜材的剪切力學(xué)性能。

高成軍，陳務(wù)軍，邱振宇，張大旭著的“建筑織物膜材雙軸剪切試驗(yàn)與分析”(實(shí)驗(yàn)力學(xué)，2016,31(1)：25-30)研究了建筑織物膜材的雙軸剪切力學(xué)性能。

目前雙軸剪切測試方法還不完善，在正負(fù)剪應(yīng)力場、剪應(yīng)力預(yù)加載、剪應(yīng)力水平和正應(yīng)力水平控制方面存在不足和缺陷，未能準(zhǔn)確揭示織物膜材真實(shí)剪切力學(xué)性能，并測定其參數(shù)規(guī)律，不滿足織物膜材精細(xì)模型對剪切測試技術(shù)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠準(zhǔn)確測定織物膜材真實(shí)剪切力學(xué)性能的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種織物膜材雙軸剪切測試方法，包括如下步驟：

步驟1、利用織物膜材制作十字型雙軸剪切試件，使得織物膜材的經(jīng)緯方向與試件的十字型主軸的夾角為45°；十字型主軸包括x軸和y軸，所述x軸和所述y軸相互垂直；

步驟2、根據(jù)所述十字型雙軸剪切試件的參數(shù)，定義織物膜材雙軸剪切加載譜，并對所述十字型雙軸剪切試件實(shí)施所述織物膜材雙軸剪切加載譜。

進(jìn)一步地，在步驟1中，使十字型雙軸剪切試件包括中芯區(qū)和四個伸臂，伸臂的端部為夾持段，所述夾持段用于連接雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾具，所述伸臂將所述雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)施加的荷載傳遞到中芯區(qū)；中芯區(qū)為測試區(qū)，通過測試中芯區(qū)的剪切變形得到織物膜材的剪切性能。

進(jìn)一步地，步驟1中選取的織物膜材無明顯緯斜、弓曲、砂眼等缺陷，且距離膜材幅寬邊緣不小于10cm、距膜材端部不小于10cm。采用手工或者自動裁切機(jī)進(jìn)行裁切。

進(jìn)一步地，所述十字型雙軸剪切試件的伸臂上設(shè)置有多道平行于伸臂的切縫，伸臂間具有直角倒圓角。

進(jìn)一步地，所述織物膜材雙軸剪切加載譜為施加于所述十字型雙軸剪切試件的交變拉力，能夠?qū)崿F(xiàn)包含正負(fù)剪應(yīng)力于剪應(yīng)力環(huán)(即施加的微循環(huán)剪應(yīng)力，在同一剪應(yīng)力環(huán)中包含正負(fù)剪應(yīng)力)的分級循環(huán)剪切載荷、循環(huán)預(yù)剪切加載。此處正負(fù)的規(guī)定可以是順時針剪切為正，逆時針剪切為負(fù)。

進(jìn)一步地，所述織物膜材雙軸剪切加載譜實(shí)施時，織物膜經(jīng)緯向的拉伸應(yīng)力基本恒定，剪應(yīng)力分級逐漸增大，在不同剪應(yīng)力水平前設(shè)有剪切預(yù)加載，使織物膜材恢復(fù)初始穩(wěn)定力學(xué)狀態(tài)；剪切預(yù)加載的應(yīng)力值和循環(huán)次數(shù)根據(jù)需要設(shè)定。

進(jìn)一步地，步驟2中，所述參數(shù)包括加載級數(shù)i＝1～n、分級剪切加載上限σiu、分級加載下限σil、分級循環(huán)數(shù)n、循環(huán)周期t、剪切預(yù)加載上限σyu、剪切預(yù)加載下限σyl，經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb。其中，n為大于等于3，優(yōu)選為3。n為3～5，優(yōu)選為5。

進(jìn)一步地，所述織物膜材雙軸剪切加載譜的加載過程包括：

步驟2.1、在十字型雙軸剪切試件的x軸和y軸同步施加拉力，至十字型雙軸剪切試件的經(jīng)緯向的拉伸應(yīng)力達(dá)到經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.2、x軸繼續(xù)增加拉力至分級剪切加載上限σiu，y軸則反向同速卸載至分級剪切加載下限σil；

步驟2.3、x軸反向卸載至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb，y軸反向同速增加拉力至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.4、x軸繼續(xù)卸載至分級剪切加載下限σil，而y軸繼續(xù)同速增加拉力至分級剪切加載上限σiu；

步驟2.5、x軸反向增加拉力至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb，y軸反向同速卸載至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.6、重復(fù)步驟2.1～2.5n次，完成第一級剪切加載；

步驟2.7、根據(jù)步驟2.1～2.5中的方法以及剪切預(yù)加載上限σyu、剪切預(yù)加載下限σyl，完成第二級剪切預(yù)加載；

步驟2.8、重復(fù)步驟2.1～2.7，完成n級剪切加載。

本發(fā)明的方法中，雙軸剪切加載譜基于織物膜材經(jīng)緯向與荷載方向夾角45°條件下的十字型雙軸剪切試件變形規(guī)律設(shè)計(jì)，通過控制施加于十字型雙軸剪切試件的兩個正交十字型主軸方向的交變拉力，實(shí)現(xiàn)包含正負(fù)剪應(yīng)力于剪應(yīng)力環(huán)的分級循環(huán)剪切載荷、循環(huán)預(yù)剪切加載。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的織物膜材雙軸剪切測試方法能夠準(zhǔn)確揭示織物膜材真實(shí)剪切力學(xué)性能，并測定其參數(shù)規(guī)律，滿足織物膜材精細(xì)模型對剪切測試技術(shù)要求。

本發(fā)明的方法可測定和表征織物膜材雙軸剪切剛度和力學(xué)行為，可應(yīng)用于建筑織物膜材、飛艇織物蒙皮和其它工業(yè)織物領(lǐng)域等。

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)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(shí)施例的十字型雙軸剪切試件的俯視圖；

圖2是本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例的織物膜材雙軸剪切加載譜。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種織物膜材雙軸剪切測試方法，包括如下步驟：

步驟1、利用織物膜材制作十字型雙軸剪切試件，使得織物膜材的經(jīng)緯方向與試件的十字型主軸的夾角為45°。

圖1顯示了所制作的十字型雙軸剪切試件的俯視圖，該試件包括中芯區(qū)1和四個伸臂2，伸臂2的端部為夾持段3，夾持段3用于連接雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾具，伸臂2將雙軸拉伸試驗(yàn)機(jī)施加的荷載傳遞到中芯區(qū)1；中芯區(qū)1為測試區(qū)，通過測試中芯區(qū)1的剪切變形得到織物膜材的剪切性能。本實(shí)施例采用兩個高精度引伸計(jì)測量中芯區(qū)1的剪切變形。為了便于剪切加載譜描述，將圖1中的兩個十字型主軸分別定義為x軸和y軸，x軸和y軸相互垂直。

本實(shí)施例選取的織物膜材無明顯緯斜、弓曲、砂眼等缺陷，且距離膜材幅寬邊緣不小于10cm、距膜材端部不小于10cm。采用手工或者自動裁切機(jī)進(jìn)行裁切。

十字型雙軸剪切試件的伸臂2上設(shè)置有多道平行于伸臂2的切縫4，伸臂2間具有直角倒圓角r?？椢锬げ氖中碗p軸剪切試件總長ls，伸臂長為la，夾持段長a，中芯區(qū)域邊長w正方形，平行切縫端距中芯邊d。

步驟2、根據(jù)十字型雙軸剪切試件的參數(shù)，定義織物膜材雙軸剪切加載譜，并對十字型雙軸剪切試件實(shí)施織物膜材雙軸剪切加載譜。

其中，步驟2中，參數(shù)包括加載級數(shù)i＝1～n、分級剪切加載上限σiu、分級加載下限σil、分級循環(huán)數(shù)n、循環(huán)周期t、剪切預(yù)加載上限σyu、剪切預(yù)加載下限σyl，經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb。其中，n為大于等于3，優(yōu)選為3。n為3～5，優(yōu)選為5。

織物膜材雙軸剪切應(yīng)力：(σx和σy分別為x和y方向的應(yīng)力)

織物膜材經(jīng)緯向應(yīng)力為：

圖2定義了本實(shí)施例的一種織物膜材雙軸剪切加載譜，其加載過程包括：

步驟2.1、在十字型雙軸剪切試件的x軸和y軸同步施加拉力，至十字型雙軸剪切試件的經(jīng)緯向的拉伸應(yīng)力達(dá)到經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.2、x軸繼續(xù)增加拉力至分級剪切加載上限σiu，y軸則反向同速卸載至分級剪切加載下限σil；

步驟2.3、x軸反向卸載至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb，y軸反向同速增加拉力至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.4、x軸繼續(xù)卸載至分級剪切加載下限σil，而y軸繼續(xù)同速增加拉力至分級剪切加載上限σiu；

步驟2.5、x軸反向增加拉力至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb，y軸反向同速卸載至經(jīng)緯基準(zhǔn)拉伸應(yīng)力σb；

步驟2.6、重復(fù)步驟2.1～2.5n次，完成第一級剪切加載；

步驟2.7、根據(jù)步驟2.1～2.5中的方法以及剪切預(yù)加載上限σyu、剪切預(yù)加載下限σyl，完成第二級剪切預(yù)加載；

步驟2.8、重復(fù)步驟2.1～2.7，完成n級剪切加載。

通過上述雙軸剪切加載譜，可實(shí)現(xiàn)在任意剪切循環(huán)包含正負(fù)剪應(yīng)力場，織物膜經(jīng)緯向應(yīng)力基本恒定，剪應(yīng)力可以分級逐漸增大，在不同剪應(yīng)力水平前設(shè)有剪切預(yù)加載，使織物膜材恢復(fù)初始穩(wěn)定力學(xué)狀態(tài)，剪切預(yù)加載的應(yīng)力值和循環(huán)次數(shù)可設(shè)定。

本實(shí)施例中，在具體實(shí)施時，織物膜材十字型雙軸剪切試件總長ls，伸臂長為la，夾持段長a，中芯區(qū)域邊長w正方形，平行切縫端距中芯邊d，伸臂間直角倒圓角r，可根據(jù)織物膜材特性和試驗(yàn)需要設(shè)計(jì)。

在較佳實(shí)例中，可取尺寸w＝160mm，a＝40mm，d＝15mm，la＝160mm，r＝15mm，ls＝560mm。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。