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玻璃钢模压化粪池.夹层结构的力学基础和最简单的设计方法
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恒德环保科技

时间 : 2022-04-03 09:53 浏览量 : 59

玻璃钢模压化粪池.夹层结构的力学基础和最简单的设计方法

夹层结构设计的力学原理和常用的工字钢是类似的,工字钢形式是将大量的材料(翼缘)放在远离中性轴的地方以承受弯矩,大量的材料可以受着较大的应力,只保留足够的腹板材料将翼缘连接起来同时承受剪切荷载。夹层结构把强而薄的面板放在轻而厚的芯子外缘以承受弯曲荷载,轻而厚的芯子连接面板并承受剪力。

为了充分发挥面板的强度,对芯子材料有一定的要求:芯子在垂直面板的方向上要有足够的刚度,以避免在荷载作用之下发生过大的变形而改变面板间的距离,甚至局部挤毁而使夹层结构过早破坏;芯子要有足够的剪切强度和刚度,以避免产生过大的剪切变形而使面板承受过大的附加应力,要避免芯子过早剪毁;面板和芯子间的粘结必须足够有效以使它们能共同作用。在设计夹层结构时,要知道夹层结构的力学性能,由于影响夹层结构性能的因素很多,最好要通过较大量的测试工作,利用数据整理的方法确定。但是在设计工作开始之前,常常没有积累足够的数据,下面将有一些内容在材料力学的分析精度上提供一些初步分析,研究一些性能范围,再制作一些适合具体产品的夹层结构试件,进行测试,确定使用数据。

要合理定出夹层结构的尺寸是不容易的,有时根据经验定一个初步尺寸,然后进行校核;有时根据其他性能的要求确定尺寸,再进行强度校核。例如在雷达罩设计中,要求有最高的透波率和最小的瞄准误差,单层玻璃钢板的厚度需是半波长的整数倍,如取一个半波长会使板材过厚,经常都取接近于零的厚度,但是这个厚度又满足不了强度要求,所以采用夹层结构,为了抵消反射波的倒相,应把两块面板用空气层h。隔开,h。的距离为1/4波长的奇数倍,夹层结构的初步尺寸就根据上述条件定下来,然后进行较详细的电性能和强度校核。按照夹层结构固有属性来进行结构计算是相当复杂的,在后面(10·17)将会看到即使是一个在端点受集中荷载的悬臂梁,其计算也是冗长的。在初步设计时,作了下面一些假定:

(1)面板和芯子是很好胶接的,它们之间没有相对滑移。

(2)芯子是足够刚硬的,不出现凹陷、失稳或剪切破坏。在计算时,假定芯子在垂直面板方向的弹性模量E,为oo,平行面板方向的弹性模量Er、Ey为0,剪弹性模量Gyr、Gxx为oo,Gxy为0,因而芯子只承受剪力而不承受平行面板方向的轴向力。

(3)面板只承受轴向力而不承受垂直板面的剪力。面板不出现局部失稳。

这样,把夹层结构问题简化为普通的连续均匀体的问题,以便使用基础材料力学中的一些计算公式。尽管这些分析不甚精确,但对初步设计和定性的分析合理的截面等问题仍然是有利的。在简单拉伸(或简PmƠsh单压缩)的单位宽度荷载Px或Py作用下如图10-8所示,芯子不承受轴向力,只有面板承受载荷。令E1、E:依次表0113示面板1、2的弹性模量;E为夹层结构的弹02 t6性模量;1、12依次表示面图10-8简单拉伸板1、2的厚度,h为总厚度。写出静力平衡方程和变形协调方程如下:

强度条件为当荷载是拉伸时,容许应力〔o〕从材料的强度确定;当荷载是压缩时,容许应力〔o〕从材料的强度或夹层结构的起皱临界应力或凹陷临界应力确定。

计算变形时的单位拉压刚度H为H = Eh= E1t1 + E2t2当E:=E2=E,=t2=t时,H =2Ety当夹层结构承受弯曲荷载时,令单位宽度上的弯矩为M,剪力为Q,如图10-9所示。弯矩M由面板上的压力C和拉力T所组成的力矩来平衡;剪力Q由芯子上的剪力来平衡。写出平衡条件:

图10-9夹层结构受弯时的内力求得

C =-T = 2.M/ (h +h) s面板的拉压应力分别为TYle它的强度条件为o从(10·4-8)第三式定出h,第一式及第二式定出t及t2。容许应力〔o〕的确定与简单拉压相同,容许应力〔Tco〕的确定则视所用的夹芯而异,对蜂窝夹芯或波纹夹芯大都是从蜂壁或波纹的剪切临界力确定。

在计算挠度或稳定问题时,需要求出夹层结构的弯曲刚度EJ,这可以作为组合梁来计算。当两块面板的截面积全部有效时,计算截面如图10-10所示,由于两块面板的弹性模量不尽相同,先将截面转化为同一材料E1(或E2)的等效截面。中性轴距面板2中心的距离为等效截面的惯矩J等为夹层结构的弯曲刚度EJ为425

在一般情况下,t=t2《h,这时上式的第二项可以略去不计,这样 Eith Eida (he th )sEJ = Eiti + Eatz最常用的夹层结构是面板的材料相同,面板的厚度也相同


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