纤维增强塑料拉挤型材弯曲强度研究

2019-01-27 01:42:57 291
本文转载自网络,如有侵权,请联络删除:  FRP拉挤成型办法是近年来开展较为迅速的一种复合材料成型办法,尤其适于间断消费任意长的各种异型截面型材,如截面形状为口字形工字形圆形和槽形的薄壁梁这种构造质量轻,性能优异,已宽泛应用于国民经济各行各业但是,迄今为止,拉挤型材的构造设计尚不足实用的实践根据,多数企业都是参照金属材料的构造设计,凭经历设计产品,所以平安系数一般都选得较大,重大制约了复合材料高比强度、高比模量的性能特点,增加了本钱本文通过FRP拉挤型材的三点弯曲试验,利用复合材料薄壁梁实践,剖析了其毁坏形式,给出了其在大跨距下的强度计算半经历公式,为FRP拉挤型材的设计提供了一定的根据1毁坏形式剖析别离作截面形状为口字形工字形、圆形和槽形的FRP拉挤型材的三点弯曲试验,发现主要存在两种毁坏形式,其一是弯曲毁坏形式,其二是剪切毁坏形式三点弯曲时,其最外层的纤维所受的弯曲拉应力最大,若发作弯曲毁坏,其发作部位通常在工件的最外层;三点弯曲时同时存在剪应力,梁的中性层上层间剪切应力最大,若发作剪切毁坏,其发作部位一般在中性层上而三点弯曲时首先发作弯曲毁坏还是层间剪切毁坏,主要取决于跨距,当跨距较大时,一般首先发作弯曲毁坏;而在跨距较小时,往往首先发作层间剪切毁坏此外,三点弯曲过程中,也可能由于压头接触部位受局部挤压而发作毁坏。

  1.1截面形状为工字形的工字型材试验标明,大跨距下三点弯曲时首先在上、下翼缘处呈现沿着纤维方向的纵向长条型裂纹,随后在腹板地方呈现纵向长条型裂纹,这与各向同性梁和层合梁的毁坏形式完全不同。这是由于在各向同性梁和层合梁实践中,曾如果弯曲截面形状不变,但关于薄壁梁的弯曲,其截面形状变迁较大。(a)是一受弯曲载荷作用的工字梁取工字梁下翼缘长为ds的一段AB停止剖析,如(b)所示设弯曲时作用在下翼缘处的拉应力为e,单位宽拉伸内力Nx=et,t为下翼缘的厚度由于弯曲变形,梁发作挠曲,于是作用在下翼缘AB段两侧截面上的拉力间产生夹角,其合力为R并指向弯曲的曲率中心。令其相当于作用在翼缘上的散布载荷,则可推出p的散布如(c)所示,上、下翼缘的外表地方所承受的散布载荷p最大。在p的作用下,梁要承受横向弯矩My,当横向弯矩增加到某一数值时,会引起梁的上、下翼缘外表地方产生纵向裂纹至于腹板地方产生的纵向裂纹,则是由于FRP的层间剪切强度低,弯曲时腹板中剪应力的散布地方最大,故在腹板的地方产生了剪切毁坏。

  1.2截面形状为口字形的方管试验标明,三点弯曲时在其高下外表及侧面的地方呈现纵向长条型裂纹,造成起因与工字型材类似高下外表地方的纵向裂纹是由横向弯距引起的弯曲毁坏,而侧面地方裂纹则是层间剪切毁坏。此外,在上外表压头接触处,可看到挤压裂纹1.3截面形状为圆形的薄壁圆管试验标明,薄壁圆管的毁坏是在其与压头接触的外表首先产生纵向裂纹这是因为圆管在弯距Mx作用下产生弯曲变形后,在管的受拉侧和受压侧产生散布力在散布力p的作用下,圆形截面趋向扁平,接近椭圆形,如所示,而与压头接触处同时还有相当大的挤压应力,两者独特作用下首先在与压头接触的外表产生纵向裂纹。

  1.4截面形状为槽形的槽型材试验标明,槽型材的毁坏是在上外表地方沿纵向开裂,这也是由于横向弯距引起的弯曲毁坏。

  2弯曲强度计算半经历公式21方管弯曲强度计算半经历公式由于在大跨距下FRP拉挤型材通常首先发作横向弯距作用下的弯曲毁坏,故下面就此毁坏形式以方管为例探讨FRP拉挤型材在大跨距下的弯曲强度计算半经历公式。设矩形管的截面形状尺寸如所示纵向正应力的计算在普通各向同性梁实践中,假定剪应力对正应力散布没有影响,而关于复合材料薄壁梁,剪应力将使弯曲后的横截面不再坚持平面,所以也将影响梁中正应力的散布但有关钻研标明,大跨距下剪切变形对正应力的影响可疏忽不计,则Mx作用下梁中性层的纵向曲率半径d作用在上底板上指向曲率中心的散布力p由间联络较弱,可将顶板看作简支在坚板上的狭长板,其上作用散布力128ExtIy在集中载荷p作用下e=宽(m);t为工字型材翼缘厚度(m);K2为与材料、截面形状、工艺等有关的系数;其余符号意义同式23圆管弯曲强度计算半经历公式bookmark9(6)方管弯曲强度计算半经历公式当最大横向应力e>.抵达横向弯曲强度ec时,型材的上、下外表将产生沿着纤维方向的纵向裂纹,此时载荷抵达极限值。但由于在e的推导过程中利用了一些如果和简化,故实际极限载荷的计算中还应引入与型材的材料、截面形状、成型工艺等有关的修正系数K,这样均布载荷极限值集中载荷极限值均布载荷极限值集中载荷极限值(m);K3为与材料、截面形状、工艺等有关的系数;其余符号意义同式(10,/为跨矩(m);t为壁厚(m);b为矩形管的半宽(m);h为矩形管的高度(m);K为与材料、截面形状、工艺等有关的系数,其值由实验确定2b=h,并引入修正系数幻,易得24槽型材弯曲强度计算半经历公式bookmark13均布载荷极限值集中载荷极限值状、工艺等有关的系数;其余符号意义同式(10,11)参照方管强度计算,可得工字型材、圆管、槽型材的弯曲强度。

  集中载荷极限值材底宽的一半(m);K4为与材料、截面形状、工艺等有关的系数;其余符号意义同式(10,11)3弯曲强度计算半经历公修正系数K确实定bookmark14下面以中美合资南京兴亚玻璃钢有限公司提供的FRP拉挤方管、工字型材、圆管以及槽型材为例加以阐明。

  1试验型材规格22工字型材弯曲强度计算半经历公式bookmark15均布载荷极限值集中载荷极限值工字型材:2b= 3.2试验办法横向弯曲强度e均为98. 0MPa,方管、工字型材、圆管和槽型材的表观弯曲模量E别离为36.18,43.68,23.55GPa和(2)别离对各类型材停止在集中载荷P作用下跨距为1,0.9,0.8,0.7,0.6m的三点弯曲试验,记录毁坏载荷Pmax 3.3修正系数K的计算将各弯曲根本色能数据、型材尺寸及毁坏载荷值代入上面相应的弯曲强度计算半经历公式,别离求出每种型材在不同跨距下的修正系数,并求出其均匀值,得Ki为为Q 4结FRP拉挤型材在大跨距下的弯曲毁坏形式通常是梁的高下外表的纵向开裂;FRP拉挤型材弯曲时在纵向弯矩的作用下型材的外表上会产生相当的散布力p,在p的作用下梁要承受横向弯矩,从而会引起梁高下外表的纵向开裂;FRP拉挤型材由于其剪切模量低,且又是薄壁构造,故其剪切变形和横截面变形较大,因此,完全按普通各向同性梁实践停止计算是不够妥当的,应对其计算公式停止必要的修正;FRP拉挤型材大跨距下弯曲强度计算可借鉴文中给出的强度计算半经历公式

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