Диссертация (1141565), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Сравнение предельной разрывной прочности технической ткани с покрытиемпри одноосном осевом и внеосевом растяжении: а) Polymar 8212, б) 402 Precontraint161По рисунку 3.27 можно сделать следующие выводы:прогнозирование-спомощьюкритерияпрочностипоказываетTsai-Hillудовлетворительную корреляцию, кроме углов 15° и 75°, что объясняется особенностямисложной структуры технических тканей с покрытием (данный вывод согласуется с другимиработами [145, 205, 206]);- прогнозирование с помощью критерия прочности Tsai-Hill предельной прочностиматериала при растяжении внеосевого угла при испытании 90° (направление вдоль нитей утка)оказалось неудачным, это можно попытаться объяснить завышенной прочностью понаправлению нитей утка у технической ткани с покрытием в технических каталогахпроизводителей;- в целом, в численных исследованиях технических тканей с покрытием с применениемфизически линейной и нелинейной ортотропной модели поведения материла под нагрузкой,прослеживается хорошая корреляция с лабораторными испытаниями по предельной разрывнойпрочности при растяжении, кроме углов 15° и 75°, что можно также объяснять особенностямисложной структуры технических тканей с покрытием;- предельная разрывная прочность падает с увеличением угла приложения нагрузки книтям основы, образцы материала 45° имеют на 35-50% меньшую предельную прочность прирастяжении, чем предельная разрывная прочность образцов технических тканей с покрытиемпри одноосном осевом растяжении (образцы 0° и 90°).Втаблице3.2представленосравнениемеждукоэффициентомнадежностикратковременной прочности, вычисленным по результатам лабораторных испытаний и спомощью критериев прочности в численных экспериментах.
Под коэффициентом надежностикратковременной прочности в данном случае подразумевается отношение предельнойразрывной прочности материала по техническим каталогам к разрывному усилию, полученномупри лабораторном испытании в момент разрушения технической ткани с покрытием.Таблица 3.2. Сравнение коэффициентов надежности по различным критериям прочностиЛабораторные испытания при одноосном осевом и внеосевом растяжении Polymar8212Угол приКритерий прочности / Коэффициент надежности кратковременной прочностииспытанииЭкспериментTsai-HillYeh-StrattonHashinNorris0°1.031.311.151.341.3315°1.481.641.871.761.6430°1.561.692.151.781.6916245°1.641.612.091.591.6160°1.481.842.281.611.8475°1.361.221.481.311.2290°1.241.451.201.451.45Лабораторные испытания при двухосном растяжении со сдвигом Polymar8212СоотношениКритерий прочности / Коэффициент надежности кратковременной прочностие нагрузокЭкспериментTsai-HillYeh-StrattonHashinNorris1:12.462.192.562.092.191:22.232.022.381.632.021:42.231.972.311.611.97Из таблицы 3.2 видно, что критерий прочности Tsai-Hill и Hashin хорошо подходит дляпрогнозирования предельной разрывной прочности при растяжении материала при одноосныхосевых и внеосевых испытаниях, кроме образцов 15° и 75°, что объясняется особенностямисложной структуры технических тканей с покрытием.Заметно, что в сложном напряженно-деформированном состоянии (при двухосномрастяжении со сдвигом) техническая ткань с покрытием имеет намного меньшую предельнуюразрывную прочность, чем предельная прочность при растяжении, представленная втехнических каталогах на материал.
Из таблицы 3.2 видно, что критерий прочности Yeh-Strattonадекватней остальных критериев подходит для прогнозирования предельной разрывнойпрочности материала при двухосном растяжении со сдвигом с разным соотношением нагрузок.На рисунках 3.28 3.29 показаны коэффициенты надежности кратковременной прочностипо критерию прочности Hashin и Yeh-Stratton в численных экспериментах при внеосевомрастяжении и при двухосном растяжении со сдвигом с различными соотношениями нагрузкисоответственно.15°16330°45°60°75°Рисунок 3.28. Коэффициент надежности кратковременной прочности по критерию прочности164Hashin в численных испытаниях технической ткани с покрытием Polymar 8212 при внеосевомрастяженииа)б)в)Рисунок 3.29.
Коэффициент надежности кратковременной прочности по критерию прочностиYeh-Stratton в численных испытаниях технической ткани с покрытием Polymar 8212 придвухосном растяжении со сдвигом с соотношением нагрузок: а) 1:1, б) 1:2, в) 1:41653.5.Выводы по третьей главеОсновные выводы по третье главе диссертационной работы:- показана удовлетворительная количественная и качественная корреляция междурезультатами лабораторных испытаний и численных экспериментов с нелинейной ортотропноймоделью поведения материала под нагрузкой (упруго-пластичная ортотропная модель покритерию текучести Хилла);- выявлено, что касательные напряжения вносят существенный вклад в напряженнодеформированное состояние технических тканей с покрытием при одноосном внеосевом идвухосном растяжении со сдвигом;- показано, что критерии прочности Tsai-Hill и Hashin адекватно подходят дляпрогнозирования предельной прочности материала при растяжении при одноосных осевых ивнеосевых испытаниях, кроме образцов 15° и 75°, что объясняется особенностями сложнойструктуры технических тканей с покрытием;- выявлено, что критерий прочности Yeh-Stratton адекватно подходит для оценкипредельной разрывной прочности материала при двухосном растяжении со сдвигом с разнымсоотношением нагрузок;- найдено необходимое и достаточное количество лабораторных испытаний дляопределения основных механических характеристик материала для численного моделированияработы технических тканей с покрытием под нагрузкой, работающих в составе строительныхконструкций;- предложена расчетно-экспериментальная методика по определению значения модулясдвига в технических тканях с покрытием по результатам экспериментально-теоретическихисследований поведения материала под нагрузкой;- в численных расчетах строительных конструкций из технических тканей с покрытием наначальном этапе эксплуатации и при предварительном натяжении рекомендуется использоватьфизическую нелинейную ортотропную модель поведения материала под нагрузкой, например,упругопластичные или вязкоупругие модели.166ГЛАВА 4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕИССЛЕДОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТКАНИ СПОКРЫТИЕМ В ФОРМЕ ГИПЕРБОЛИЧЕСКОГО ПАРАБОЛОИДАОдновременное сочетание нескольких достоинств в конструкциях из технических тканейспокрытиемвформегиперболическогопараболоида,такихкакархитектурнаявыразительность, простота раскроя конструкции, низкая сложность в изготовлении и монтаже,и др., делает подобные конструкции одними из самых распространенных форм в текстильнойархитектуре [10, 137, 141, 155, 159, 161, 187]. Поэтому, для проведения экспериментальныхисследований и подтверждения разработанной расчетно-экспериментальной методики вдиссертации была выбрана конструкции из технических тканей с покрытием в формегиперболического параболоида.«Гиперболический параболоид (иное название в архитектуре «гипар») - линейчатаяповерхность, образованная прямой, скользящей по двум скрещивающимся прямым, оставаясьпараллельной одной и той же вертикальной плоскости.
В строительстве наибольшеераспространение получили «равносторонние» гиперболические параболоиды, т.е. такие, укоторых два семейства линий находятся во взаимно-перпендикулярных плоскостях» [21].Конструкции из технических тканей с покрытием в форме гиперболическогопараболоида обычно имеет по контуру кедер. «Кедер - утолщенная кромка края тентовойоболочки, служащая для сплошного закрепления тентовой оболочки в конструкциях, имеющихспециальные пазы для его размещения» [66]. Примеры строительных конструкций изтехнических тканей с покрытием в форме гиперболического параболоида приведены нарисунке 4.1.Рисунок 4.1.
Конструкции из технических тканей с покрытием в форме гиперболическогопараболоида: а) отель «Yurala», Австралия, 1984 (рисунок из работы [193]), б) отель167«Hemmingsway», Кения (рисунок из статьи [137])В работе [167] сказано, что расчет мембранных покрытий по-прежнему являетсясложной задачей для инженеров. Они имеют очень интересную архитектурную форму, простыв строительстве, легкие и могут перекрывать большие площади без внутренних опор. С другойстороны, для их проектирования требуются нелинейные численные расчеты и специальныепрограммы для правильного моделирования их формы и механических свойств.4.1.Цель и задачи экспериментальных исследованийОсновными целями проведения испытания конструкции из технической ткани спокрытием в форме гиперболического параболоида были:- проверка выдвинутой научной гипотезы о том, учет сдвиговой жесткости позволяетполно и достоверно определить напряженно-деформированное состояние и прогнозироватьповедение строительных конструкций из технический тканей с покрытием;-проверка достоверности разработанной в диссертационной работе расчетно-экспериментальной методики по определению значения модуля сдвига в материале;- проверка возможности адекватного применения в численных расчетах строительныхконструкций в программе ANSYS нелинейной ортотропной модели поведения техническихтканей с покрытием под нагрузкой - упруго-пластичной ортотропной модели по критериютекучести Хилла.Ключевыми задачами, сформулированными в ходе планирования и проведенияэкспериментальных исследований, являются:- определение напряженно-деформированного состояния конструкции из техническойткани с покрытием при несимметричной равномерно-распределенной нагрузке;- определение необходимого и рационального значения предварительного натяженияконструкции с целью недопущения образования складок и больших перемещений;- исследование релаксации напряжений технической ткани с покрытием и изучение еевлияния на напряженно-деформированное состояние конструкции;- верификация результатов испытания и численного исследования в программномкомплексе ANSYS с использованием предложенной численной модели поведения материалапод нагрузкой;168- разработка общих рекомендаций по численным методам расчета конструкций изтехнических тканей с покрытием на основании проведенных экспериментально-теоретическихисследований.4.2.Исследуемая конструкция и металлический стенд для испытанияДля решения поставленных задач была разработана и изготовлена конструкция изтехнической ткани с покрытием в форме гиперболического параболоида компанией «Вертеко».Конструкция была выполнена в соответствии с минимально возможными размерами подобныхреальных сооружений, а также с соблюдением полного геометрического подобия (отношениевысоты к длине стороны конструкции в плане) с сооружениями в форме гиперболическогопараболоида, спроектированных и смонтированных компанией «Вертеко» в Москве (рисунок4.2).Рисунок 4.2 Конструкции из технической ткани с покрытием в форме гиперболическогопараболоида на ВДНХ, Москва (компания «Вертеко, 2015 год)В диссертационной работе для проведения испытания конструкции из техническойткани с покрытием в форме гиперболического параболоида был выбран немецкий материалPolymar 8212 (Mehler), который ранее уже был исследован в работе.
Основные свойства имеханические характеристики данного материала представлены во второй главе диссертации.Общая площадь поверхности конструкции – 6.8 м2. Основные размеры исследуемойконструкции в форме гиперболического параболоида и металлического стенда для испытанияпредставлены на рисунке 4.3.169Рисунок 4.3. Основные размеры «гипара» и металлического стенда в эксперименте (размерыданы в миллиметрах, конструкция «гипара» показана условно)Расчет формообразования и раскроя конструкции из технической ткани с покрытием вформе гиперболического параболоида был выполнен в программном комплексе инженерамикомпании «Вертеко». Процесс раскроя конструкции в форме гиперболического параболоида(рисунок 4.4) был выполнен на специализированном оборудовании в компании «Вертеко».Рисунок 4.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
