经编织物膜材双轴撕裂力学性能试验与数值研究

复合材料科学与工程 ›› 2020, Vol. 0 ›› Issue (7): 5-12.

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经编织物膜材双轴撕裂力学性能试验与数值研究

关晓宇, 陈建稳^*, 夏雨凡, 张阳

南京理工大学理学院,南京210094

收稿日期:2019-11-01 出版日期:2020-07-28 发布日期:2020-07-28
通讯作者: 陈建稳(1981-),男,博士(后),副教授,主要从事轻质空间结构、薄膜结构方面的研究,Jianwench@njust.edu.cn。
作者简介:关晓宇(1995-),男,硕士研究生,主要从事薄膜结构方面的研究。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51608270);江苏省基础研究计划(自然科学基金)资助项目(BK20191290);中国博士后科学基金特别资助项目(2017T100371);中国博士后科学基金会面上项目(2016M601816);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(30920021143)

EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF BIAXIALLY TEARING PROPERTIES OF WARP-KNITTED FABRIC MEMBRANES

GUAN Xiao-yu, CHEN Jian-wen^*, XIA Yu-fan, ZHANG Yang

School of Science, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China

Received:2019-11-01 Online:2020-07-28 Published:2020-07-28

摘要/Abstract

摘要： 在实际工程中,织物膜材料双轴撕裂损伤是膜结构破坏的关键诱因,其撕裂力学性能对于膜结构安全至关重要。本文采用试验与数值分析相结合的方法研究经编类织物复合膜材的双轴撕裂力学行为,应用ABAQUS软件建立考虑纱线及基体细观结构的双轴撕裂数值模型,进行了多应力比状态下膜材撕裂破坏过程分析,获得了膜材的撕裂强度和破坏模式特征,探讨分析了应力比状态对膜材撕裂力学性能的影响规律。结果表明:应力比状态的改变显著影响膜材的撕裂破坏模式、应力状态及撕裂强度;依据切缝角度及应力比的不同,可形成一、十及Z字形三类典型裂口。在临界应力状态下,经纬向应力比差值越大,裂缝尖端处应力集中现象越明显;由于经纬向纱线间承载的协调作用,45°切缝撕裂强度的最大值出现于应力比为1∶1时。

关键词: 经编织物膜材, 双轴撕裂, 数值分析, 强度, 应力比, 复合材料

Abstract: In practical engineering, biaxial tearing damage of fabric membranes is the main cause of membrane structures′ failure. And the tearing mechanical properties of fabric membranes are extremely important for the safety of membrane structures. In this paper, the biaxially tearing mechanical behaviors of warp-knitted fabric composite membranes are studied by experimental and numerical methods. A numerical model of biaxially tearing considering the micro-structure of yarns and matrix is established by ABAQUS software. And the tearing-failure process of the membranes under multi-stress ratio was analyzed. The tear strength and failure mode characteristics of the membranes were obtained, and the effect of stress ratio on tearing mechanical properties of membranes was discussed. The results show that the variation of stress state significantly affects the tearing failure mode, stress distributions, and tearing strength of the membranes. In the critical stress state, the greater the difference between the warp and weft stresses, the more obvious the stress concentration at the crack tip.

Key words: warp-knitted fabric membranes, biaxially tearing, numerical analysis, strength, stress ratio, composites

中图分类号:

TB332

关晓宇, 陈建稳, 夏雨凡, 张阳. 经编织物膜材双轴撕裂力学性能试验与数值研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(7): 5-12.

GUAN Xiao-yu, CHEN Jian-wen, XIA Yu-fan, ZHANG Yang. EXPERIMENTAL AND NUMERICAL ANALYSIS OF BIAXIALLY TEARING PROPERTIES OF WARP-KNITTED FABRIC MEMBRANES[J]. Composites Science and Engineering, 2020, 0(7): 5-12.

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