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膜结构建筑是一种新型的建筑结构形式,由于其具有独特的魅力,使得膜结构半个多世纪以来得到了迅猛的发展和广泛的应用。同时,与之相辅相成的建筑膜材料也为膜结构的大量应用起了积极推动作用。但是不管是材料性能还是结构性能,国内在该领域的研究仍处于相对滞后的地位,并已成为制约国内膜结构行业健康发展的主要因素之一。
建筑膜材料中基层起到承载外力的骨架作用,决定膜材料的力学性能。所以本课题以研究建筑膜材料基层材料的力学性能为出发点,以试验研究为主要方法,为从根源上了解膜材料的力学性能奠定基础。
本课题重点对膜材料基层的抗拉伸各向异性进行了研究。为了更逼真的反映材料的真实受力过程,以试样的经向为基准,每隔15°裁取一组试样,直至360°。大量试验结果研究表明:第一,20cm×20cm尺寸的抓样法是一种比较值得推荐的膜材料基层抗拉伸各向异性的测试方法。第二,借助数学软件预测出膜材料基层0~90°抗拉伸力学性能模型,为实际设计基层的拉伸强力提供一定的参考依据。最后,也对膜材料的抗拉伸各向异性进行了研究,并且结合基层抗拉伸各向异性的研究,得出造成膜材料抗拉伸各向异性的原因以及与基层之间的关系。
本课题通过试验过程及结果对抗撕裂测试方法进行评价,验证了梯形撕裂法确实是一种值得推荐的抗撕裂的测试方法。通过测试数据的分析,预测了梯形法撕裂时基层经纬向力学模型,以及膜材料和基层抗撕裂之间的关系。
本课题试用ANSYS对膜材料的拉伸受力情况进行了模拟,其目的一是为了更直观的表示膜材料的受力时的应力分布,二是通过模拟来预测膜材料的受力特点及形态分布。ANSYS结果表明,模拟过程与实际受力破坏过程相符合,所以通过ANSYS的模拟为在设计中减弱受力集中区域的应力奠定了良好的基础。