某系留气球囊体材料变弹性模量研究.pdf

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1、2014年第7期智能建筑某系留气球囊体材料变弹性模量研究■贺志青为了能够在浮空器囊体结构分析中考虑弹性模量在受力过程中的变用于计算的载荷从10N到载荷最高点，从图2可以看出，除第一化对浮空器结构应力应变的影响，通过对某系留气球囊体材料弹性模量次往复循环外，其余5次试验件的载荷一位移曲线重复性很好，故取第测试结果进行非线性拟合，得出该囊体材料的应力一应变函数，并以场文2-6次往复循环的试验数据进行数据处理。件的形式施加到有限元模型中，提出了一种在有限元分析中考虑薄膜材将载荷一位移试验数据通过(1)式和(

2、2)式转换成应力一应变数料弹性模量变化的方法，并采用该方法进行有限元实例计算，验证该方据。法的正确性，具有一定的工程价值。了⋯⋯⋯⋯一--．一(1)一式中：￡应变，△L位移，L试验件长度。、前言浮空器囊体材料弹性模量的测试方法有单轴拉伸试验方法和双轴：⋯⋯⋯⋯．．．⋯(⋯2)拉伸试验方法。目前，单轴拉伸试验方法比较成熟，国内多采用单轴拉式中：应力，F载荷，A试验件面积。伸试验方法进行薄膜材料的弹性模量测试，由于薄膜材料的弹性模量不由图2可知，可假设囊体材料的应力一应变曲线符合(3)式函数，是常数，如何

3、将试验测得的数据应用到薄膜结构有限元分析中是个难其与原数据的相关度可按(4)式进行计算。题，一般的解决方法是将试验测试结果进行线性拟合，该方法得到的弹(s1：a．e+c⋯⋯⋯⋯⋯，【3)性模量将是常数，结构分析时取此常数作为薄膜材料的弹性模量，该数据处理方法不能反映薄膜材料在受力过程中弹性模量的变化。式中：a、b、C由试验数据拟合得到的系数。为了考虑薄膜材料真实的应力一应变关系，材料力学特性计算时必(4)需计及弹性模量的非线性特征，即弹性模量的随加载载荷的变化特性。通过对某系留气球薄膜材料的单轴拉伸试

4、验结果进行非线性拟合，得出该薄膜材料应力一应变函数，并建立薄膜材料的有限元模型，将得到的应力一应变函数应用于有限元分析过程，通过将应力一应变的有限式中：cot为相关度。元分析结果与试验结果进行对比，验证了该拟合函数的正确性，为薄膜囊体材料某试验件经向第2次拉伸数据拟合后的应力一应变函数与材料弹性模量测试结果应用于结构有限元分析提供了参考依据。原数据的相关度为O．99995，其曲线对比见图3。二、弹性模量测试试验某系留气球囊体材料弹性模量测试采用单轴拉伸试验方法，分别沿薄膜材料的经向和纬向制作试验件，试

5、验件尺寸示意图见图1。夹持段试验段夹持段口i0靠o乱10ol】《}0”0o2l0H0o{＆图1试验件结构示意图图3拟合函数与原数据对比图图4有限元计算模型由图3可知，拟合的应力一应变函数与原始数据吻合的很好，可将拟合的应力一应变函数用于该囊体材料的有限元分析。四、有限元应用及验证图2载荷一位移曲线利用有限元分析软件建立图1所示囊体材料试验件有限元模型，有按照一定的载荷比例对试验件进行循环往复加载，并测量试验件的限元计算模型见图4。位移，每个试验件循环加载6次，最终得到薄膜材料的载荷一位移曲线将根据一般

6、数据处理方法得到的弹性模量常数定义材料和根据第见图2所示。’3节得到的应力一应变函数以材料场的形式定义材料，对图4有限元模三、试验结果处理型加载进行计算，1300N作用下变弹性模量的应力计算结果见图5，应根据单轴拉伸试验得到的载荷一位移曲线计算该囊体材料的弹性模变计算结果见图6。不同载荷作用下计算得到常弹性模量和变弹性模量量。作者简介：贺志青，女，助理工程师，毕业于上海海事大学，研究方向：浮空器结构强度设计。·162·2014年第7期智能建筑的应力计算结果与试验数据对比见表1，应变计算结果与试验数据对

7、比630．461109l18114．474-4．783．O8见表2。769．548141144140．0990．642．78936．455166176170．298-2．523．351136．746202215207．273-2．543．7313oo238246236．3640．694．O8表2应变对比一应变载荷(N)计算试验误差％)变弹性模量常弹性模量变弹性模量常弹性模量图5应力计算结果167．9O84_883．414．O620．20—16．0l270．3877．475．486．7610．50—18

8、．93337．4679．066．838_388．11—18．5O4l7．9510．68．4510．223．72—17-32514．55312．410．412．280．98—15-31630．46114．O12．714．44-3．05—12．O5769．54816．815．516．700．6o一7．19936．45518．718．7l8．98—1．48一1．48图6应变计算结果l136．74621．222．721．52—1．495．48表1应力对比13oo