PVDF膜材裂缝扩展演化过程试验与数值模拟研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.006

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (8): 43-53.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.006

PVDF膜材裂缝扩展演化过程试验与数值模拟研究

李雯芮, 刘平^*, 尹灵芳

江苏科技大学土木工程与建筑学院,镇江 212000

收稿日期:2024-09-04 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-09-23
通讯作者: 刘平(1983—),男,博士,副教授,硕士生导师,研究方向为结构力学、流体力学,liupinghaiyan@163.com。
作者简介:李雯芮(2000—),女,硕士研究生,研究方向为结构工程。
基金资助:
江苏省研究生科研与实践创新计划项目(SJCX24_2559)

Experimental and numerical simulation of crack propagation evolution of PVDF membrane

LI Wenrui, LIU Ping^*, YIN Lingfang

School of Civil Engineering and Architecture, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang 212000, China

Received:2024-09-04 Online:2025-08-28 Published:2025-09-23

摘要/Abstract

摘要： 在实际工程中,膜材的抗撕裂性能对于确保膜结构的整体安全性至关重要。针对常用的聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)涂层织物膜材,采用单轴拉伸试验和数值模拟研究具有初始切缝的PVDF膜的撕裂行为。采用ANSYS LS-DYNA软件建立纱线及基体细观结构的单轴撕裂数值模型,进行了不同切缝角度和不同切缝位置下膜材撕裂破坏过程的分析,获得了膜材的撕裂强度和破坏模式特征,探讨了不同切缝角度对膜材撕裂性能的影响。结果表明:根据切缝角度的不同,可形成“一”“Z”“√”形断面;撕裂试验和数值模拟下,膜材的切缝扩展过程一致,且基体先于纱线发生断裂;数值模拟对不同角度下的误差均小于10%,说明有限元法可以很好地预测出膜材撕裂强度。

关键词: 聚偏二氟乙烯膜, 裂缝扩展, 单轴拉伸试验, 显式有限元分析, 复合材料

Abstract: The tearing resistance is very important to the safety of the membrane structure. In the present paper, uniaxial tensile test and numerical simulation were carried out to study the tearing behavior of PVDF membrane with initial slit. The numerical model of yarn and matrix microstructure was established using ANSYS LS-DYNA software, and the tearing process of membrane was analyzed under different slit angles and positions. The tearing strength and failure mode characteristics of the film were obtained, and the effects of different slit angles on the tearing properties of the textile were discussed. The results show that according to the different angle of slit, the section shaped like “a straight line” “Z” and “√” can be formed; under tearing test and numerical simulation, the slit expansion process of the film are identical, and the matrix breaks before the yarn. The error of the numerical simulation is less than 10% at different angles, which indicates that the finite element method can predict the tearing strength of the film well.

Key words: polyvinylidene fluoride membrane, crack propagation, uniaxial tensile test, explicit finite element analysis, composites

中图分类号:

TB332

李雯芮, 刘平, 尹灵芳. PVDF膜材裂缝扩展演化过程试验与数值模拟研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 43-53.

LI Wenrui, LIU Ping, YIN Lingfang. Experimental and numerical simulation of crack propagation evolution of PVDF membrane[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(8): 43-53.

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Experimental and numerical simulation of crack propagation evolution of PVDF membrane

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