[发明专利]一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法

权利要求书

1.一种考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法，其特征在于该方法包括：将膜材裁成标准十字形切缝试件之后，对试件进行多经纬向拉伸及剪切应力状态下的拉伸试验，使材料受到拉、剪应力的耦合作用，得出材料在双轴拉剪耦合应力状态下的剪切参数。

2.根据权利要求1所述的考虑拉剪耦合效应的柔性膜材剪切性能测试方法，其特征在于具体步骤如下：

第一步，确定膜材测试拉伸及剪切应力状态范围；依据实际工程中膜材所处应力状况，采用数值或实际测量方法，确定包括经纬向拉伸应力比例N范围、拉伸应力σ范围、剪切应力τ范围、预应力水平，依据上述应力范围进行扩大，确定膜材测试拉伸应力范围[σ₁,σ₂]、剪切应力范围[τ₁,τ₂]及应力比例范围[N₁,N₂]；

第二步，确定柔性膜材测试模型尺寸；将膜材料裁成标准十字形切缝试件，保证裁剪时每个伸臂端的裁剪方向与纤维方向成固定夹角，试件沿悬臂中间做切缝处理，交叉角处采用圆弧处理，臂端部缠绕PE棒；

第三步，确定膜材测试模型纱线偏轴参数；依据第一步应力比范围，利用公式(1a)确定角度参数a；基于求取的角度参数a，根据公式(1b)求取偏轴参数α；

式中，a为角度参数，N＝σ_w/σ_f为膜材料经纬向应力比，N₂为应力比最大值；σ为应力，w、f分别表示经纬向；M＝σ_x/σ_y为试验双轴X、Y向加载应力比，M为1/5～5/1之间常数；

第四步，确定X、Y向应力比例；基于第三步确定的膜材料偏轴角度α及第一步确定的经纬向应力比N范围，依据公式(2)求取X、Y向加载应力比M数值范围[M₁,M₂]；

第五步，确定X、Y向应力水平参数；依据第四步确定的经纬向应力比例、经纬向应力加载制度及试验需求，依据公式(3a)(3b)求取X、Y向加载应力，确定X、Y向加载应力水平及应力范围参数；

式中，σ₂≥σ_w、σ_f≥σ₁；

第六步，进行膜材料双轴拉剪试验，采用薄膜用双轴拉伸试验机对膜材进行安装，保证安装时无应力引入；加载过程中同时在经、纬向及对角线方向进行位移测量；

第七步，预应力水平设置及不同应力比加载；依据工程案例需要，设置二组及以上预应力水平；试验前先在XY向上同步施加预张力，并维持15～30min，采用力控制加载，XY向以恒定应力增量施加张力，根据第六步方法实现试件的若干组经纬向拉伸应力比测试；加载至XY向范围最大应力后立即卸载，卸载过程中保持和加载过程中相同的应力比例，当卸载到最小值时立即加载，重复以上步骤3次以上；依次按照所有预先确定的加载比例，完成加载；

第八步，加载不同剪应力水平；依据第一步剪切应力τ范围确定剪应力水平，基于第七步改变XY向加载应力，实现3组及以上剪应力水平下不同经纬向应力比例加载测试，剪切应力依据材料力学公式(4)求得；

第九步，剪切应力及工程剪应变的计算；依据第八步确定剪切应力，通过材料形变几何关系推导求出工程剪应变γ，见公式(5)

式中，ε_f、ε_w分别表示纬Fill、经Warp向应变，ε_dia为对角线方向应变，由相应方向的变形位移Δ_f、Δ_w、Δ_dia确定，由第六步方法求得；

第十步，绘制剪应力-剪应变关系曲线、计算剪切模量；基于第九步所得剪应力及工程剪应变，绘制加载过程所得剪切应力-剪应变关系曲线；依据测试应力应变关系曲线，进行剪切模量的确定；求取测试不同组的最后一次循环的剪切模量平均值，作为柔性膜材剪切模量。

3.如权利要求1所述的适用于柔性膜材双向拉剪性能测试方法，其特征在于：第二步中所述柔性膜材测试模型裁剪与纤维方向成固定夹角，该夹角非90或0°。