Диссертация (1141565), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Образец технической ткани с покрытием в форме гантелиНайденные в диссертации размеры формы образца для испытаний при внеосевомрастяжении технической ткани с покрытием близки к размерам, определенными в работе ZhangL. [206] (рисунок 2.40).Рисунок 2.40. Размеры образца технической ткани с покрытием в форме гантели в испытаниипри внеосевом растяжении (рисунок взят из работы [206])Корректность определенной формы образца в диссертационной работе была доказанаполученными всеми тремя видами разрушения технической ткани с покрытием при внеосевомрастяжении (рисунок 2.41).1030°15°30°45°60°75°Рисунок 2.41. Основные виды разрушения технической ткани с покрытием:разрыв нитей (0°, 15°, 75°), вытягивание нитей (45°), комбинированный (30°, 60°)В отечественной литературе не встречаются такие исследования при внеосевомрастяжении технических тканей с покрытием под различными углами (15°, 30°, 45°, 60°, 75°).Проведенные автором лабораторные испытания и определенная корректная форма образца привнеосевом растяжении данного материала являются первыми в РФ.2.4.3.
Результаты испытаний при одноосном осевом и внеосевом растяженииПо результатам обработки экспериментальных данных были построены графикизависимостей напряжений от деформаций, в которых наглядно прослеживается физическаянелинейность материала (рисунок 2.42). Было установлено, что коэффициент Пуассона не104является постоянной величиной. На рисунке 2.43 показана нелинейная зависимостькоэффициента Пуассона от напряжений в материале. На рисунках 2.42 и 2.43 инженерныенапряжения даны в кН/м в связи с тем, что механические свойства технических тканей спокрытием не пропорциональны их толщине, и это обычный подход в зарубежной практике[148].а)б)Рисунок 2.42. Графики зависимостей напряжений от деформаций при одноосном растяженииматериала: а) Polymar 8212 б) 402 Precontraint105Рисунок 2.43.
Зависимость коэффициентов Пуассона от напряжений при одноосных осевыхиспытаниях при растяжении технических тканей с покрытием Polymar 8212 и 402 PrecontraintНелинейный характер коэффициента Пуассона можно объяснить особенностьюструктуры, которая характерна для технических тканей с покрытием, и ортотропностьюматериала. В целом, техническая ткань с покрытием является композитным материалом.Из рисунков 2.42 и 2.43 отчетливо видно, что техническая ткань с покрытием являетсяортотропным и физически нелинейным материалом.
Каждому направлению свойственны своижесткостные характеристики и различаются они между собой существенно.Рисунок 2.42 наглядно показывает, что у технической ткани с покрытием 402 Precontraintкомпании Serge Ferrari, изготовленного с технологией Precontraint, поведение материала поднагрузкой по направлению нитей утка более схоже с работой материала под нагрузкой понаправлению нитей основы, чем у технической ткани с покрытием Polymar 8212,изготовленного без данной технологии.По результатам испытаний при одноосном осевом растяжении можно говорить обудовлетворительной сходимости между предельной прочностью материала при растяжении,полученнойпорезультатамлабораторныхиспытанийинормативнымизначениями,приведенных в технических каталогах на техническую ткань с покрытием (таблица 2.1).106Таблица 2.4. Сравнение предельной разрывной прочности технических тканей с покрытием приодноосном осевом растяженииПредельная прочность приPolymar 8212402 Precontraintрастяжении, Н / 5 см(Mehler)(Serge Ferrari)Нормативное значение25002500ОсноваФактическое значение2437.72405.6Разница%2.53.8Нормативное значение25002500УтокФактическое значение2020.72052.8Разница%19.217.9Разница приблизительно в 20% между предельными разрывными характеристикамиматериала в направлении нитей утка у обоих типов технической ткани с покрытием может бытьобусловлено:- неизбежными погрешностями в проведении лабораторных испытаний;- возможным завышением прочности на растяжение технических тканей с покрытием внаправлении нитей утка производителями материала.По результатам лабораторных испытаний при внеосевом растяжении были построеныграфики (рисунок 2.44), в которых показана зависимость предельной прочности материала прирастяжении от угла приложения нагрузки.Рисунок 2.44.
Предельная разрывная прочность технических тканей с покрытием при осевоми внеосевом растяжении107Заметно, что при приближении к углу 45° предельная разрывная прочность материалауменьшается и в испытании при 45° становится самой низкой. В свою очередь деформации,наоборот, увеличиваются при приближении к углу 45°. Предельная разрывная прочность понаправлению нитей утка значительно ниже, чем у нитей основы. Это объясняется сложнойструктурой технических тканей с покрытием и особенностью производства тканой текстильнойосновы материала.
Эти результаты качественно и количественно хорошо коррелируются срезультатами других работ, например, [144, 206, 209].В реальных конструкциях возможно действие растягивающих усилий под некоторымуглом, поэтому оценка работы материала под нагрузкой и предельной разрывной прочноститехнической ткани с покрытием под разными углами необходима.2.4.4. Испытания при двухосном растяжении со сдвигомКак было сказано ранее в диссертационной работе, в настоящее время отсутствуютотечественные стандарты по испытаниям при двухосном растяжении технических тканей спокрытием.
Западные нормативные документы, регламентирующие и описывающие испытанияпри двухосном растяжении технических тканей с покрытием, следующие – японский стандартMSAJ/M-02:1995 [222], американский стандарт ASCE/SEI 55-16 Tensile membrane structures[268], европейское руководство European Design Guide for Tensile Surface Structures [155].Специфичность проведенных автором лабораторных испытаний заключалась в том, чтоиспытания проводились при двухосном растяжении со сдвигом. Это связано с тем, чтонапряженно-деформированное состояние технических тканей с покрытием в различныхстроительных конструкциях является сложным и неоднородным.
В частности, при ветровыхвоздействиях на сооружение, часто направления главных напряжений в материале не совпадаетс главными осями (направления нитей основы и утка) технических тканей с покрытием, чтонеизбежно ведет к появлению касательных напряжений. Так же, идея проведения подобногоисследованиязаключаласьвтом,чтобыподтвердитьпредложеннуюрасчетно-экспериментальную методику по определению значения модуля сдвига в материале,представленный в разделе 3.3.Часто, модулем сдвига технических тканей с покрытием пренебрегают [113, 116, 122,268], что упрощает аналитический расчет и моделирование работы материала под нагрузкой.Однако, при таком упрощении не всегда удается получить реальную картину распределениянапряжений и деформаций в строительных конструкциях из технических тканей с покрытием.108Представляет интерес работа [205], в которой проводились испытания материала нетолько при осевом и внеосевом одноосном растяжении, но и при внеосевом двухосномрастяжении.Показановажностьподобныхисследований,представленырезультатыэкспериментов и даны ценные выводы в заключение работы.В связи с особенностями данной разрывной машины общие габаритные размерыобразцов составили 340х340 мм.
Далее был вырезан образец в форме креста с исследуемойплощадью в центре размером 80х80 мм, ширина «рукавов» креста – 80 мм. Расстояние междузахватами испытательного оборудования – 240 мм. По 50 мм с каждой стороны необходимобыло оставить для зажимов испытательного оборудования. Два захвата разрывной машиныбыли неподвижны, другие два перемещались с постоянной скоростью 100 мм/мин.В диссертационной работе, как и в статье [122], были изготовлены и проведеныиспытания двух разных видов образцов материала: с надрезами (тип А) и без них (тип Б)(рисунок 2.45).
Идея заключалась в том, чтобы избежать влияния поперечной деформации нанапряженно-деформированноесостояниематериала.Выявлено,чтокачественноиколичественно графики зависимостей напряжений от деформаций двух разных типов (тип А итип Б) образцов технической ткани с покрытием почти полностью совпадают, что согласуется срезультатами работы [122].АБРисунок 2.45. Два основных типа исследуемых образцов технической ткани с покрытием:тип А и тип БДополнительно были испытаны образцы в форме креста с исследуемой площадью вцентре размером 40х40 мм, ширина «рукавов» креста – 130 мм.
Расстояние между захватами109испытательного оборудования – 240 мм. Было изготовлено два типа образцов с надрезами и безних (рисунок 2.46).БАРисунок 2.46. Два дополнительных типа исследуемых образцов технической ткани спокрытием: тип А и тип БНа рисунке 2.47 представлено измерение полей перемещений на поверхности двухразных типов образцов оптическим методом корреляции цифровых изображений.АБРисунок 2.47. Измерение полей перемещений на поверхности образца по направлению нитейутка при двухосном растяжении со сдвигом двух типов образцов (тип А и Б)110Коэффициент соотношения нагрузки по основе и утку в лабораторных испытанияхпринимался: 1:1, 1:2, 1:4 (основа : уток).
Испытания проводились до разрушения материала.На рисунках 2.48 и 2.49 показаны разрушения технических тканей с покрытием Polymar 8212 и402 Precontraint и различных типов (тип А и тип Б). Разрушение образцов происходило внаиболее напряженной точке материала, а именно в местах концентрации наибольшихнормальных и касательных напряжений. Следует отметить, что вклад касательных напряженийв общие (эквивалентные) напряжения по Фон Мизесу (Von Mises Stress) в технической ткани спокрытием при испытаниях составил приблизительно 15-25%.а)в)б)г)111д)е)Рисунок 2.48. Разрушение образцов в испытании при двухосном растяжении со сдвигомматериала Polymar 8212 (Mehler) с соотношением нагрузок: а) 1:1 тип А б) 1:1 тип Б, в) 1:2 типА г) 1:4 тип А; дополнительные образцы: д) 1:1 тип А е) 1:1 тип БАБРисунок 2.49.
Разрушение образцов в испытании при двухосном растяжении со сдвигомматериала 402 Precontraint (Serge Ferrari) соотношением нагрузок 1:1 (тип А и Б)В лабораторных испытаниях зависимость между модулями упругости и коэффициентамиПуассона при двухосном напряженно-деформированном состоянии в технической ткани спокрытием не соблюдалась. При двухосном напряженно-деформированном состоянии длялинейного ортотропного материала согласно ASCE/SEI 55-16 [268] должно выполнятьсяследующее условие:112wf fwEw E f(2.2)В соотношение (2.2), приведенное в ASCE/SEI 55-16 [268] для линейного ортотропногоматериала при двухосном напряженно-деформированном состоянии, необходимо ввестипоправочный коэффициент K: fw K wfEfEwгде(2.3)Ew - модуль Юнга по направлению нитей основы,E f - модуль Юнга по направлению нитей утка, wf - коэффициент Пуассона по направлению нитей основы, fw- коэффициент Пуассона по направлению нитей утка,K - вводимый поправочный коэффициент.В работе [142] данный коэффициент приблизительно был равен 0.6, в другомисследовании [160] – 0.14.
В статье [143] сказано, что коэффициент K изменяется в диапазонеот 0.5 до 1.8 в зависимости от соотношения нагрузки по основе и утку.В нашем случае, в лабораторных испытаниях при двухосном растяжении со сдвигом ссоотношением нагрузок 1:1, мы получили коэффициент K приблизительно равный для Polymar8212 - 0.61, для 402 Precontraint – 0.82. Заметно, что у материала с технологией Precontraint,коэффициент K ближе к 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
