近年來(lái)織物柔性復(fù)合材料的應(yīng)用愈加廣泛，例如建筑物的包覆材料、飛艇氣倉(cāng)、飛機(jī)蒙皮等等，或者作為間隔織物的雙側(cè)材料使用。相比于傳統(tǒng)剛性復(fù)合材料，柔性復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、可塑性強(qiáng)、韌性高、包覆效果好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)柔性復(fù)合材料具有良好的耐化學(xué)性能和力學(xué)性能；拉伸作為材料的最基本力學(xué)性能，材料的沖擊性能等測(cè)試本質(zhì)上是一種變速拉伸，其力學(xué)性能不僅與內(nèi)部織物結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與涂層的等效基體強(qiáng)度有關(guān)。

織物增強(qiáng)柔性膜作為一種新式復(fù)合材料，目前國(guó)內(nèi)外已有對(duì)柔性材料的力學(xué)性能的機(jī)理分析。ZHANG[1]進(jìn)行多組單軸拉伸試驗(yàn)，研究缺口形狀、缺口尺寸、試樣尺寸和加載速率對(duì)中心撕裂行為的影響后，提出了含初始缺口PVC涂層織物的撕裂分析模型，以預(yù)測(cè)不同缺口試樣的撕裂強(qiáng)度。Shi[2]通過(guò)飛艇結(jié)構(gòu)的典型復(fù)合織物自行設(shè)計(jì)雙層十字形試樣，隨后進(jìn)行雙軸拉伸試驗(yàn)。由于試樣的剛度分布合理，進(jìn)行了不同經(jīng)緯應(yīng)力比下表征雙軸拉伸強(qiáng)度的雙軸拉伸破壞。該研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)試件達(dá)到承載能力時(shí)，出現(xiàn)了交叉縫斷裂和單縫斷裂兩種破壞模式。Chen[3]對(duì)層合織物URETEK3216LV進(jìn)行了單軸、單軸和雙軸循環(huán)加載的綜合試驗(yàn)研究，揭示了層合織物在特定應(yīng)力狀態(tài)下的詳細(xì)力學(xué)行為，確定了合適的彈性參數(shù)。利用彈性模量—應(yīng)變曲線和彈性參數(shù)響應(yīng)面揭示力學(xué)行為，提出了一種加權(quán)平均積分方法計(jì)算不同應(yīng)力狀態(tài)下的彈性參數(shù)。結(jié)果表明，典型的應(yīng)力—應(yīng)變曲線在加載過(guò)程中由3個(gè)截然不同的區(qū)域組成：卷曲區(qū)、非線性過(guò)渡區(qū)和紗線伸展區(qū)，這與本構(gòu)紗線一致。層壓織物的彈性參數(shù)和力學(xué)行為具有應(yīng)力狀態(tài)特異性，且隨著實(shí)驗(yàn)方案、應(yīng)力比和應(yīng)力水平的不同而有明顯的變化。Yu[4]研究3種WKSF在屈服階段存在明顯差異。隨著層數(shù)的增加波動(dòng)變得更加頻繁,三層WKSF的彈性模量最大。在抗疲勞壓縮試驗(yàn)中,三種WKSF的壓縮趨勢(shì)一致。在低速?zèng)_擊試驗(yàn)中,只有3種WKSF的最上層由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而損壞。兩層的WKSF吸收了更多的能量,具有最好的低速抗沖擊能力。拉伸斷裂機(jī)制[5,6]主要為純剪切破壞、扭轉(zhuǎn)剪切破壞、拉剪耦合破壞[7,8,9]�，F(xiàn)階段對(duì)于柔性材料的研究大部分都在失效機(jī)理探究上，以及相關(guān)柔性傳感器的研發(fā)，對(duì)于本材料建模仿真領(lǐng)域[10,11]的研究還不充足。

本研究機(jī)織柔性復(fù)合材料是高強(qiáng)度聚酯纖維編織的結(jié)構(gòu)，其外表面通過(guò)熱壓工藝包裹PVC涂層得到。探究織柔性復(fù)合材料拉伸性能與后續(xù)仿真結(jié)果，具有一定的實(shí)際意義。

材料為PVC與機(jī)織高強(qiáng)工業(yè)聚酯纖維通過(guò)熱壓工藝成型的復(fù)合材料，材料正反面外觀如圖1所示，織物參數(shù)見(jiàn)表1。

為了應(yīng)變率達(dá)到0.1ps，需要盡可能縮小測(cè)試標(biāo)距段。本研究按照ISO 8256-2004中type3樣條通過(guò)壓片機(jī)取樣，使用MTS Criterion Model 43,5000N微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試；樣條有效測(cè)試區(qū)域?yàn)?0mm×10mm；測(cè)試速度根據(jù)應(yīng)變率換算，0.01ps和0.1ps分別對(duì)應(yīng)6mm/min和60mm/min；應(yīng)變測(cè)試儀器為10mm引伸計(jì)（三星Y10/5-N），應(yīng)變采集儀為東華測(cè)試DH3818Y靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，夾具上下兩端分別夾持樣條上下夾持端，保持縱向豎直裝放。拉伸裝置與測(cè)試如圖2。

由于復(fù)合材料采用熱壓工藝制成，從某種角度來(lái)看，可以采用層合板理論來(lái)分析材料失效行為，本研究采用二維Hashin理論來(lái)判斷材料內(nèi)部損傷，包括增強(qiáng)纖維和等效基體的拉伸損傷和壓縮損傷判定，本研究只用來(lái)判定材料拉伸失效。

其中公式（1）為材料纖維方向拉伸失效，公式（2）為基體方向拉伸失效，式中XT、YT為橫縱向拉伸強(qiáng)度，SL為縱向剪切強(qiáng)度，在ABAQUS中對(duì)應(yīng)材料類型為L(zhǎng)amina。

機(jī)織結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)結(jié)構(gòu)具有周期性，所以建模時(shí)建立最小可重復(fù)型單元即可。在SolidWorks中建立相關(guān)模型，建立兩層鋪層，由一層PVC材質(zhì)和一層機(jī)織物組成，如圖3。建模切割成type3大小樣條，在裝配體模塊進(jìn)行組裝，導(dǎo)入Hypermesh中進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模型網(wǎng)格類型為S3，網(wǎng)格數(shù)量11728，復(fù)合材料織物有限元模型如圖4。

在拉伸過(guò)程有限元模擬中選用顯示求解器ABAQUS/Explicit來(lái)進(jìn)行相關(guān)模擬分析，顯示動(dòng)力學(xué)中時(shí)間步長(zhǎng)為實(shí)際時(shí)間，設(shè)置好相應(yīng)的Field Output Requests和History Output，在樣條上下中心處各設(shè)置一個(gè)參考點(diǎn)RP1和RP2，在Interaction模塊中的Constraint中，將上下夾持端使用Coupling耦合在試樣上下中心點(diǎn)RP1和RP2上，耦合類型選擇Kinematic，定義相關(guān)材料參數(shù)見(jiàn)表2。

在實(shí)際的拉伸過(guò)程中，聚酯纖維內(nèi)部會(huì)存在部分缺陷，從而影響復(fù)合材料整體力學(xué)性能。所以在有限元模擬中，需要做出如下2點(diǎn)假設(shè)：一是模型中聚酯纖維為連續(xù)且力學(xué)性能均一的實(shí)體材料，基質(zhì)PVC材料具有良好的各向同性，在模壓過(guò)程中厚度保持一致；二是在SolidWorks中織物材料在建模時(shí)要進(jìn)行加厚，織物結(jié)構(gòu)的交聯(lián)點(diǎn)為弧形，經(jīng)緯紗在交聯(lián)點(diǎn)完全接觸。為了更好地模擬真實(shí)拉伸過(guò)程，在ABAQUS中設(shè)置Tie連接，法向行為定義為硬接觸，切向行為定義摩擦系數(shù)為0.25，測(cè)試速度分別取6mm/min和60mm/min。

圖5為柔性復(fù)合膜材料在0.01ps和0.1ps應(yīng)變率下的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。由圖可知在材料伸長(zhǎng)率為0%～10%之間時(shí)，材料的應(yīng)力應(yīng)變呈一種良好的線性關(guān)系，且應(yīng)力增加呈緩慢趨勢(shì)，此時(shí)材料彈性模量相對(duì)較小。這是由于機(jī)織柔性復(fù)合膜材料中的經(jīng)紗由靜態(tài)屈曲不斷被拉直的原因；同時(shí)通過(guò)對(duì)比材料拉伸應(yīng)變率，發(fā)現(xiàn)在材料伸長(zhǎng)率為10%～30%時(shí)，拉伸速度越快，材料所受到的應(yīng)力也越大。此階段應(yīng)變率的提升將直接影響材料彈性模量。

通過(guò)ABAQUS軟件對(duì)于機(jī)織柔性復(fù)合膜材料的拉伸性能模擬，得到應(yīng)力云圖。通過(guò)工具欄remove selected模塊進(jìn)行拆分，分別觀察PVC層與織物結(jié)構(gòu)受力情況，如圖6所示。本研究發(fā)現(xiàn)涂層受力要小于織物結(jié)構(gòu)受力，且材料織物結(jié)構(gòu)的經(jīng)緯紗交叉點(diǎn)出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。由于本實(shí)驗(yàn)為縱向拉伸，所以經(jīng)紗承受主要應(yīng)力。但在模擬中可以發(fā)現(xiàn)部分緯紗也受到應(yīng)力。原因是在拉伸過(guò)程中，隨著經(jīng)紗的拉緊，在織物材料的經(jīng)緯紗交叉點(diǎn)通過(guò)摩擦的形式實(shí)現(xiàn)了力的傳遞，而由于交叉點(diǎn)摩擦力的存在，材料容易在此區(qū)域失效。這與實(shí)際測(cè)試結(jié)果相互印證。不同應(yīng)變率仿真應(yīng)力應(yīng)變曲線對(duì)比如圖7所示。

4.1 機(jī)織柔性復(fù)合材料應(yīng)力應(yīng)變曲線具有良好的線性關(guān)系，且同種材料隨拉伸速度增大，材料拉伸強(qiáng)度會(huì)逐漸增大，但是速度導(dǎo)致的應(yīng)力增大現(xiàn)象在伸長(zhǎng)率未達(dá)到10%前影響較小。

4.2 由拉伸應(yīng)力云圖可知，拉伸樣品受力最大處在內(nèi)部織物結(jié)構(gòu)上，經(jīng)緯紗的交織點(diǎn)上會(huì)由于經(jīng)緯紗的滑動(dòng)摩擦出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以在后續(xù)工程應(yīng)用上強(qiáng)化交織點(diǎn)部分，從而達(dá)到增強(qiáng)材料力學(xué)性能的目的。

4.3 本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了機(jī)織柔性復(fù)合膜材料的拉伸性能，實(shí)驗(yàn)數(shù)值與仿真結(jié)果曲線上升趨勢(shì)具有良好的一致性，證實(shí)了仿真實(shí)驗(yàn)的可行性，為柔性材料的工程應(yīng)用以及不同的織物成型方式提供參考。