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1、下七笼六爪七 飞?峨 ,?冲刀舀乡玻璃钢闸门承载能力计算探讨冯广占黄良?成 都科技大学 【摘要】将玻璃钢 问门抽象为一矩形层合 板,具有多种约 末?两侧 边 铰支、顶边自由及底 边夹 柑约束 ,运用 强度 理论和刚度 条件计算横 向液 压承 载能力,对于讨论复合材料层合板具有普遮意义。我们先用解析法解,着重解决对于层合板在 自由边 缘建立由弹 性挠曲面方 程表达的 边界条件,并用能 量法解进行 对照,相互验 证,结果 有良好的一致性?例 如用两种方法计葬问门的最大挽度,偏 差不大于!?!。对于层 合板?玻璃钢# %门 较薄的情况,刚度 起决定作用,给定 铺层比,不论改变原 设计序度 或作新的设
2、计,我们认为用能量法 的挠曲方 程选择板厚较方便实用。.等 ? 式中、? (。二母。(。?一十 “)刃比兀二+、,、.二/01?8; +十;8?竺 +另一部分是相应齐次方程的通解?二? 。把通习上、?声、?夕口匕八了?、叮、忿式?, 的解有两部分,一部分是特解:。 ?解取为 了“的形式,则特征方程为8+,一+?8%+8 ;8# #5对于 玻璃钢复合材料,一般8;8; +?8; +8+于是特征方程式? 将有复根土?#士7 ?#,0 通解住即为?: 5兀兀:? 几卜一飞必一一叫图%玻璃钢 问门二6%。卫困坠? 十:?。 北;,。&;兀55诺允?会 ?一十 5、!、”“,翻? 口尸由式? 和? 而知
3、挠曲面基本表达式为 。5工目目%”;:? :二;): ,? 。;8,): 、幻 比兀 又,)一?石一出, 二?; 二尸二于二二二二二二巴巴 二 二二二二二二二二习习 一一一 一 ?一# # # 欧欧欧,口0?口00 0 0,口 , , ,?000?口口,000 0 0 王王王王下下工工工工团团口口 团团团团团团 印印口口口口 : 圃圃圃,口000 0 0 0 0 0 000口; ; ;到到到, , ,000心心心心心口 0口门门门门 卜卜一一 踌踌六汽二飞厂认护飞二二二含扩犷一 卜+卿扩 目?+、计算玻瑞钢层板的弯曲刚度玻璃钢闸门层板的尺寸;5%?,3二2?,5+,25,玻璃钢的有关材料常数!
4、;5!?%,5?!+,;,5+?%6 +,二二,。%,?的单位; _ 5+ 0?, 二%6?,0,。5!?!,56?6!,。5?,?的单位;_ ;5%!,5%6660,;,5+ % +,二二+,?6,5%?%,二5!0 ? 为无量纲 。闸门层板的铺层如图+,夹芯占总厚的三分之一。么一二上五!一?+。 !5+?7 2一“!%+图+玻璃钢铺层!嗽卜+省黑; 2 9一心; #。一层板的弯曲刚度为;昙川、一,0一00一!,?+ %。6 % ?一?%0 、=%?几#, =+。,%,。6、%? %?%丫9二+碟 ;、咬卜十二尺,少 !?% 和?+ 0 代入上式逐项积分,并注意以;5 5 狱一代八勺;即得;
5、夹芯。由此求得丫5一口丫!厂、!、 二_将式?+! 代人?+ ,、5一?则!。口刁:令?+, 上式将为自由边建立剪切条件所运用。,?根据夹钳边和 自由边的约束条件确定式? 中的积分常数夹钳边的边界条件;一 当:5 50,。50:二。,5粤5。口:?+6 自由边的边界条件;当二3,:5图!剪应力丫;丫分布图 ?8;口+口口盆+8+:5 53,:5?;!。:_口名。刁:口!。:!二。5。?+ 将式?。 代入+ 6 、?+ 式联解?运算过程从略 ,结果给出在表%中,注意各系数包含待求未知量(。弓?闸门承载能力的计算和讨论将表?%各常数值代人式?,即为满足式?% 微分方程和层合板约束条件的弹性挠曲面方
6、程,由于取三项级数已相当精确。至于方程中的未知量(。,则须通过层合板的刚度条件和强度条件来决定。首先从刚度要求考虑。闸门在自由边的中点有最大挠 度,以该点 的坐标值?4+,3 代入而得。二,二“?% +.%0一,(? ?+ 根据板的小挠度理论,刚度要求。?;46由此得许用载荷(。6? 4“?+ 其次从强度条件计算承载能力。估计危险点?开裂点 可 能发生在固定边中点、自由边中点或自由边的两角顶处。讨论步骤为首先计算各危险点上的应变;# 二一。名口“。了乞一,5一+口名。 :之后,利用转轴关系分层找出各点的正轴应变;、。,和;,最后应用蔡一吴张量理论的应变表达判据 !;二(二二,二。,:。孚二。七
7、;。;,。,二%决定各点可能承受的极限压强(。运算过程从略,给出计算结果见表+。点的坐标在+? ? ? 曰曰口 口口口, ? 心 ? 口? ?晌 ?臼尹招, 苗 ,? ? , ?州?阴铺层=极限压强(。? 4二,?0,3 及?,七 0。!?4+,七 %6。,?4+,0 0?铺层?2%?+.7一+二0?铺层?2?.一0一 0?铺层?2.%0一! 0?铺层?2一7?.7犷+二 !0?铺层?2一.7 一!” 06。+,0! ! ,。将表+各值与式?+ 6相比较,知刚度条件起决定作用。即玻璃钢闸门取许用载荷压强为(。56? 4,从开裂强度看,强度贮备至少为。当液体的比重与水近似,且水位高度齐闸门? 3
8、二%?+ ,则液体在底部 的压强(。二%?4也,将超出许用 压强恰一倍,不合要求。如果限制工作 压强(。簇(。,须液体的比 重小于0?6或液体不能满载。否则,应重新选择层合板的厚度,于第三节讨论。三、用能量法求挠曲面方程、挽曲面方程的选择根据玻璃钢闸门的边界条件;巫孔工5 动5 和当5,。二,又5,口5,?+ :5,。5,:53,山钾。,。口.。刁又+刁。口:口。:盯;二弋二宁忿资 佗二少竺 , ,匕匕匕一。5。二57)逐? ?2一匹工、 +3?! % %/。 口二一万一%# # 艺+8%+?令 、?令 8+ +?杂 8 。?瓮 将式?! %代入上式,逐项积分得?!+ 电 、%?5: 月 8?
9、科”碑8下一闪尹、6 、一?一一 将式? ?和式?代人?式,并注意通过运算可得+05+? #4“。,一干4#。半一令0令票一哥一令一0 蒜令一香30一命夸30。 。愉将已知数值代进上式得出二? 5(“# (以?2代入式? ,即得闸门层合板挠 曲面方程“?”一#。“=替一, ; ,箭从上式观察可知,当,二令,:4”,即自由边缘的中点处有最大挠度? 2?。二4。? ) (一#;?两种方法的对照将能 量法求得的最大挠度与前面解析法求得值,? 式/。?二4? /火(一#。相比较,知误差占二? 一。 /。/?。?较小。如果从式?(多取几项计算,接近度可更好些,但能量法较简便。用两种方法计算可 以相互核对
10、检验,当能量法求得挠 曲面方程后,计算闸门承载能力的步骤将同于前面的解析法。四、闸门层合板厚度的设计在薄板 小挠度的情况,刚度起决定作用,如层合板的铺设方式和层间比例 给定,则用能量法估计板的厚度较简便。例如我们要求在不改变玻 璃钢 闸门铺设方式?图, 及层间比例的情况下,改变?增大 闸门板的厚度。令子分?5,熟急5“?! “4石 三4自%、层合板弯曲刚度的计算%,。,。 二5?, , 口口嚣5%+43)产八曰闷?、1!? 1/ 。 2 ? 2。(/? ?。 2? ?、一一、? ?一 ?上式又代入式可得二?( 手糊成型玻璃钢在日本产 8型,0吨牵引车上的应用我厂8型, 0吨大 型牵引车是从日本
11、进口的 0 年代产品,价值% %万元。由于长期运行,刹车空气过滤器破裂漏气,使这辆大型牵引车被迫停运,直接影响了生产。为了解决生产中急需的运输问题,我们采用手糊玻璃钢的工艺方法,顺利地修复了这辆汽车。8型, 0吨大型牵引车刹车空气过滤器 是塑料制品,在常温下工作,车辆运行时受一般振动,工作压力为% 0 公斤4厘米“。根据部件的几何形状和使用技术条件,在修复工作中我们选用了玻璃钢,并以环氧聚酸胺为胶粘剂,玻璃纤维布带为增强材料。在配制胶粘剂的过程中,为了降低胶粘剂化学反应的放热量,提高胶粘剂的工艺性,降低成本,在胶粘剂中加了二氧化硅填料。胶粘剂所用原材料规格及配方如下?重量比 ;%环氧;, 0
12、低分子聚酞胺,二氧化硅粉?+60目 二 ;%0 0;6 0,增强材料为宽! 0毫米的 无碱纤维布带。工艺过程如下;? % 工艺是在环境温度不低于+ 0,相对湿度不大于 0 的条件下进行的。首先用+号砂纸对原刹车空气过滤器表面进行处理,然后用丙酮清理外表面、凉干。? + 按配方将胶粘剂配好备用,但静置时间不得超过! 0分钟。?! 手糊 工 艺过程分两步进行;第一步先把调好的胶粘剂涂抹于部件开裂处,室温固化+ ,小时。第二步将预处理的玻璃布带用手糊涂胶方式,以拉紧张力塔接% 4!螺旋缠绕到 刹车 空气过滤 器外表面,在缠第二层玻璃布带 之前,必须把第一层多涂的胶及残留气泡赶掉,连续绕糊使厚度为+毫
13、米。? , 固化是在室温条件下进行的。室温 固化 +小时后,用锉刀、砂纸及脱脂棉蘸丙酮清理表面,凉干,再在制件表面均匀的涂刷 一层醇酸清漆。?6 质量检查;经修复的空气过滤器,外观光亮如新,% 0 公斤4厘米“气密试验,%小时压力降不大于0?6公斤4厘米,装车试用 工 作正常。用玻璃钢手糊 工 艺修复日本产 8型, 0吨牵引车刹车空气过滤器,工艺方法简单,节省原材料,该零件修理费用不满十元钱,经 济 效果好。在原材料具备的情况下,一般的试验室或修理间都可施工。经过修复后的零部件装车行驶两年多,运行+% , 公里,没 有发现漏气现象,车辆运行正常。?国营%0+厂焦云王晋华 如进行强度校核,步骤将同于第一部分计算承载能力过程,将求得的极限压强与工作压强相比,即求得安全系数。由以前的计算而知,强度有足够的贮备,因此计算从略。但对夹芯较厚的情况,强度问题将会 突出。参考资料% ?0),“)7 / 711 7#,?+徐芝纶编弹性力学。!蔡为仑著复合材料力学导论于德昌等译,
