98泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁稳定性的影响
上亿文档资料，等你来发现
98泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁稳定性的影响
泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁稳定性的影响；官成宇1,安源1；（1.哈尔滨工程大学，哈尔滨市150001）；摘要：利用ANSYS结构有限元分析软件对碳纤维工；势，并讨论了泡沫芯材的存在对碳纤维工字梁稳定性的；Theeffectsofsandwichwebo；GuanChengyu1，AnYuan1；(1.HarbinEngineeringUniv；Abstrac
泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁稳定性的影响官成宇1, 安
源1（1.哈尔滨工程大学，哈尔滨市 150001）摘
要：利用ANSYS结构有限元分析软件对碳纤维工字梁稳定性进行数值模拟，分析了泡沫夹心腹板相对实腹板的优势，并讨论了泡沫芯材的存在对碳纤维工字梁稳定性的影响规律。分析表明相同纤维用量的碳纤维上圆拱工字梁，泡沫夹层腹板稳定性远远高于实腹工字梁。有隔板的工字梁随着泡沫芯材的厚度的增加，工字梁的整体稳定性增加，翼缘局部稳定性先增加后降低。无隔板工字梁整体稳定性先增加后减少，翼缘局部稳定先增加后减少。在腹板中加入高强泡沫夹层可以在增加少量质量的情况下，加厚腹板，提高工字梁的稳定性，在小荷载的情况下具有巨大的经济效益。 关键词：泡沫夹心腹板；碳纤维工字梁；ANSYS；稳定性The effects of sandwich web on I-beam stabilityGuan Chengyu1，An Yuan1(1. Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract：In this paper, the stability of the carbon fiber I-beam was analyzed by ANSYS software at first. Then a sandwichweb with foam core and a common composite web were contrasted. The influence law of a sandwich web with foam core on stability of the carbon fiber I-beam was discussed at last. The results show that I-beam with sandwich web with form core has a higher stability than the I-beam with common composite web while using equivalent carbon fiber. As the thickness of foam core in the web increased, the global stability of I-beam with gusset plate gets higher and the local stability of flange increases first and then decreases, while the global stability and the local stability of flange of I-beam without gusset plate increases first and than decreases. In conclusion, the stability of I-beam can be improved greatly by using sandwich web with foam core while the mass of the beam just increased a little. So the I-beam with sandwich web with foam core has significant economic benefits
under small loads circumstances.Key words：sandwich web with foam core, carbon fiber I-beam, ANSYS, stability近年来，碳纤维复合材料具有轻质、比强度和1
材料参数 比刚度高、可设计性强等优良性能，既可作为辅助碳纤维单向布预浸料型号：FAW100，RC40，增强也可独立作为结构材使用，引起了国内外的广泛关注[1-3]。其中以泡沫夹层结构为基础结构构件近SYT45；树脂含量： 40%,
纤维体积含量:
60%；纵向拉伸模量140 Gpa；横年来在航天航空、车辆工程、桥梁工程等领域迅速纵向拉伸强度1760 MPa；得到应用。由于碳纤维强度高，常常在工字梁设计向拉伸强度51 MPa；横向拉伸弹性模量9 GPa；纵时会发现强度满足而稳定性不满足的情况。通常表向压缩强度1100 MPa；纵向压缩弹性模量135 GPa；现为整体稳定性不足、上翼缘局部屈曲、腹板局部横向压缩强度130 MPa；横向压缩弹性模量10 GPa；屈曲。整体稳定性可通过提高截面惯性矩来提高，面内剪切强度60 MPa；面内剪切模量4.6 GPa；层间泊松比0. 32；固化后单层厚度0.1 而简单的加大截面会造成材料的浪费。在腹板中加剪切强度70 MPa；入高强泡沫夹层可以在增加少量质量的情况下，加mm。厚腹板，提高工字梁截面惯性矩，提高整体的稳定建议固化温度和固化时间： 145 ℃
60分钟供应商：连云港神鹰碳纤维自行车有限责任公司
性，在小荷载的情况下具有巨大地经济效益。作品来源：第六届超轻复合材料学生桥梁竞赛 第六名第三届全国“TRIZ”杯大学生创新方法大赛 二等奖作者简介：官成宇(1993), 男, 2012级,土木工程指导教师：佟丽莉(1968), 女, 研究员,航天与建筑工程学院泡沫芯材采用ROHACELL?51 IG/IG-F，密度52kg/m3，压缩强度0.9MPa，拉伸强度1.9MPa，剪切强度0.8MPa，弹性模量70MPa，剪切模量19MPa，断裂延伸率3%，热变形温度180摄氏度。2
分析模型及方法工字梁长度600mm，支座跨度575mm，中间高度32mm，端部高16mm，见图1。腹板变高度，上轮廓为一圆弧，居中。工字梁上下翼缘等宽度，其中下翼缘水平，宽度28mm，向下偏移；上翼缘为半径为2820.5mm的圆弧面，宽度24mm，向上偏移。实腹板工字梁，中间集中荷载以节点力的形式加载。泡沫夹心腹板工字梁在支座和集中荷载处增设隔板，中间集中力以均布力形式加于隔板上。图2 加载示意图由于采用的节点荷载，具有很大的应力集中，在局部计算结构不可靠，故在提取应力的时候忽略加载点和支座15mm范围内的应力，见图6。屈曲分析采用LANB法，提取前两阶特征值。图1 几何尺寸3
分析结果所有模型的纤维量除隔板外其余地方均相同，泡沫芯材厚度从0mm至22mm每2mm计算一次（0mm表示实腹板工字梁），计算结果见表1。 以横轴为腹板厚度，纵轴为屈曲特征值，画出稳定性随腹板厚度的变化曲线，见图3。实腹板工字梁腹板8组正交±45度纤维，共16层纤维，单元居中；泡沫夹心腹板工字梁单侧腹板4组正交±45度纤维，单侧共8层纤维，双侧共16层纤维，与实腹腹板相同，单元向外侧偏移。 实腹板与泡沫夹心腹板的腹板纤维部分上翻翼缘，翼缘2组±45度，共4层。在±45度之上加以0度纤维，上翼缘8层，下翼缘6层。上翼缘表层2层90度纤维，下翼缘表层1层90度纤维。 模型采用SHELL99单元模拟纤维，按实际铺层设置实常数，采用SOLID95模拟泡沫，实体单元和壳之间共节点，翼缘和腹板共节点，扫略网格，整体网格大小小于5mm。两端简支，中间两点集中荷载，四点弯受力状态。约束支座线上节点，支座线间距575mm；中间集中荷载间距75mm。荷载大小F=8000N，单点荷载P=4000N，见图2。 图3 腹板厚度对稳定性的影响 可以看出，有泡沫夹层腹板的工字梁的稳定性高于相同纤维用量的实腹板工字梁。随着腹板厚度的增加，各阶稳定性均有所提升，且大致呈线性关系。当腹板厚度超过14mm后中间上翼缘局部稳定性开始下降，而整体稳定性仍然继续上升。 显而易见，随着腹板宽度的增加，梁截面的惯性矩也随着增加，整体稳定性随惯性矩的增加而增加。故泡沫芯材厚度越厚，整体稳定性越高。 实腹板对于翼缘来说是单边支撑，可以提供一边的支撑，稳定翼缘，见图4。而泡沫夹层腹板实质上是双腹板结构，可以按照箱型梁进行稳定性计算。腹板对于翼缘是双边支撑，相对于单腹板可以提供更高的约束。当泡沫芯材厚度较小时，腹板中间的翼缘宽厚比较小，不易发生局部的屈曲。而随着泡沫厚度的增加，外伸翼缘的自由长度减小，外伸部分的稳定性得到提高。当泡沫芯厚度超过某一限值后，腹板中间的翼缘由于宽厚比过大开始发生屈曲，此时的失稳形式与箱型梁相同，见图5。 由于正截面抗弯截面模量相同，各层纤维应力大致相同，不考虑稳定性的情况下，两者的承载力是相同的。由于受压翼缘稳定性随腹板厚度先增加后减少，而整体稳定性不断增加，故在实际工程中应根据实际情况选择合适的腹板厚度。基于局部稳定性需要大于整体稳定性的原则，以及对高稳定性的要求，故本设计选择14mm厚泡沫夹心。4
结束语泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁的整体稳定性和受压翼缘局部稳定性都有着巨大的提升，可以充分利用材料强度，避免失稳。同时泡沫夹心腹板加工难度低，制造过程与普通实腹板工字梁基本相同。而波纹腹板工字梁的模具和铺层都十分复杂，加工难度和成本均较高。由于以上优点，泡沫夹心腹板在小荷载的情况下，具有很大的应用前景和经济价值。本文仅讨论了泡沫芯材厚度对稳定性的影响，未全面考虑纤维厚度、铺层、腹板高度、翼缘宽度等参数对稳定性的影响。同时泡沫与蒙皮之间的分层问题仍需进一步探讨。 FREQ_1
FREQ_2图4 实腹板屈曲模态图 致 谢感谢佟丽莉老师、张建华老师以及张学义老师对我的指导，感谢安源学长和柴峻学长对我的指导，感谢整个团队的辛勤付出，我一定会再接再厉，不端攀登知识的顶峰。 FREQ_1
FREQ_2 图5 14mm泡沫腹板时的屈曲模态图 参考文献：［1］ 董振华，韩强，杜修力. 碳纤维增强复合材料约束矩形空心墩抗震性能试验研究［J］.
工业建筑，)：27-31.［2］ 冯鹏，田野，覃兆平. 纤维增强复合材料拉挤型材桁架桥静动力性能研究［J］ 工业建筑，):36-41. 上翼缘应力
腹板应力 图6 16mm泡沫腹板时的应力提取图［3］ 刘伟庆. 新型纤维增强复合材料结构的体系创新&关键理论与工程应用［D］/ 第七届全国建设工程FRP应用学术交流会论文集.2011.包含各类专业文献、生活休闲娱乐、文学作品欣赏、行业资料、外语学习资料、各类资格考试、应用写作文书、专业论文、98泡沫夹心腹板对碳纤维工字梁稳定性的影响等内容。
　下一代的风力涡轮机和交联 PVC 泡沫夹心内核对联系...出现了碳纤维和芳纶(Kevlar)纤维等多种先进增强材料...和面内剪应力,而芯材(腹板)主要承受由横向力产生的...国产碳纤维现状及ccf300质量稳定性提高
扫扫二维码，随身浏览文档
手机或平板扫扫即可继续访问
国产碳纤维现状及ccf300质量稳定性提高
举报该文档为侵权文档。
举报该文档含有违规或不良信息。
反馈该文档无法正常浏览。
举报该文档为重复文档。
推荐理由：
将文档分享至：
分享完整地址
文档地址：
粘贴到BBS或博客
flash地址：
支持嵌入FLASH地址的网站使用
html代码：
&embed src='/DocinViewer--144.swf' width='100%' height='600' type=application/x-shockwave-flash ALLOWFULLSCREEN='true' ALLOWSCRIPTACCESS='always'&&/embed&
450px*300px480px*400px650px*490px
支持嵌入HTML代码的网站使用
您的内容已经提交成功
您所提交的内容需要审核后才能发布，请您等待！
3秒自动关闭窗口