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    塑钢复合梁正应力分布规律研究

     
     
     
    [摘要]利用应变电测技术,对3种横截面形状的塑钢复合梁,在承受纯弯曲变形时部分点的应变进行测 试,得出正应力分布规律进行对比分析,并进一步分析出钢梁及塑梁的承载比例,为理论计算提供依据。
     
    试验结果表明,几种塑钢复合梁的应力分布规律一致、数据可信,可用于指导工程实践。
     
    [关键词]电测技术;复合梁;纯弯曲;应变;应力
     
    [中图分类号]0348.2 [文献标识码]A [文章编号]1673-1409 (2010) 03 -N331-03
     
    利用塑材美观容易成甩及型钢强度髙的优势制造出来的塑钢复合梁在工程上的应用非常广泛,但由 于其形状比较复杂,利用理论公式计算其应力分布比较困难。通常对塑钢梁的强度计算仅考虑由型钢承 载⑴,这种计算方法过于保守。笔者通过实验手段,利用应变电测技术,研究了塑钢复合梁在纯弯曲变 形下的应力分布规律®,进而分析出钢梁及塑梁的承载比例,为理论计算提供依据,并进一步应用于工 程实践。
     
    1测点选择
     
    笔者选用了 3种横截面形状的塑钢复合梁,塑钢之间采用螺丝旋紧联接,每根梁的长度取 1000mm,外层塑梁厚度均在60mm左右,内层型钢梁厚度均在34mm左右,梁的宽度由于横截面形状 的不同而略有差别。
     
    对塑钢复合梁而言,纯弯曲时总体的应力分布随着横截面高度的变化而变化,因而在纯弯曲梁部分 选取一横截面,沿着横截面高度,分别在塑梁和钢梁上根据试验空间选取不同的点。具体做法是在钢梁 上没裂缝的一侧作为测试面,从上到下布5片;塑壳上以方便粘贴为原则选取不同的点。梁的横截面形 状及具体的选点位置如图1所示。
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    图i梁横截面及布点示意图
    2测试方案
     
    加载及测试采用经过改造的材料力学多功能试验台。利用纯弯曲加载台面,采用钢丝绳做为挂环, 合理利用力传感器及力&应变综合参数测试仪完成该测试。其中支座跨度L = 600mm,挂环离支座的 距离a=125mm,在挂环下面加一横梁,在横梁的中点位置加一向下的载荷P,从而实现2个挂环中间
     
    部分梁的纯弯曲变形。加载装置如图2所示。考虑到各测点的实际情况,该测试采用半桥、公共温度补 偿的接线方法L2’3]。测量电桥如图3所示,凡、1?2、i?3、R,分别表示接在4个桥臂上的电阻,换成相 同的4枚应变片,其初始电阻都相等,其感受到的应变分别是£1、e2、e3、实测时凡接的是测量 片,而沁接的是贴在同种材料上但不受机械力作用的应变片,即温度补偿片,見、艮分别接应变仪内 部的标准电阻,电阻值不变,因此应变值变化为0。该测试导线长度小于10tn,电阻可以忽略不计,初 始设置应变仪与应变片的灵敏系数一致。经过推导得出:
     
    由式(1)可知,应变仪的读数即为载荷P引起的待测 点真实的应变值,后续的数据处理可以直接将读数带入公式 计算。
     
    载荷从零开始均匀缓慢往上加,加到900N卸载为一次 测试,每隔100N读取一次数据,卸除载荷后应变仪的应变 值基本在零,说明测试是在弹性变形范围内进行,并且几次 测试的数据接近,说明测试有效。分别记录每次测试数据,
     
    进行后续分析。
     
    3数据分析
    为了便于对比分析,所选数据为载荷达到900N时各测 点所测数据,取3次重复试验数据的平均值进行分析。对于 承受纯弯曲变形的梁,梁上各点均为单向应力状态,所以将 测得的应变平均值直接代入如下公式可得到各点的
     
    式中,cr为测点的正应力,KPa;E为材料的弹性模量,GPa; e 为各点3次测得的应变平均值,(xz.各点测得的应变及计算 所得数据如表1所示。从表1可以看出,各梁的正应力变化 趋势是一致的,而且位置接近点的正应力数值也接近,各梁 的

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