求取拉擠成型方管彎曲性能的簡易方法

1、前言
  FRP是比鋼累、耐腐蝕性好的材料,其中用拉擠成型方法制作的FRP產品,無論是尺寸精度、強度均一性,還是斷面形狀多樣和尺寸長度自由等優點看,更適用于土木、建筑等領域,是今后有望擴大用途的成型方法之一。但是拉擠型材形狀多樣,特別是大型結構產品,若制造之后再進行彎曲試驗,一方面需耗費大量勞動力,另一方面由于其形狀的多樣性,從試驗裝備上也感到困難較大,再加上還沒有適當的試驗方法。當前有不少廠家,在不做詳細檢測計算的情況下,就投入生產,使生產帶有一定的盲目性,給產品的安全應用造成一定的隱患。因此有些研究人員就想用一些簡單的試驗方法,加上適當計算來達到了解方管彎曲性能的方法。本文想把他們的研究試驗和得出簡介試驗方法介紹給有關生產廠家,供試用并進一步研究,以求該類產品的生產、應用,做到心中有數,確保安全。
  2、研究試驗
  研究試驗包括方管的四點彎曲試驗和方管上(0°方向)切下的試片以及從同結構、同板厚的板材上切下試片的拉伸及壓縮試驗。
  2.1試樣
  表1表示拉擠方管所采用的增強材料。其中一種試樣的增強材料是由0°方向的玻璃纖維無捻粗紗和±45/90°方向的玻璃纖維針織布組成(以下稱GF)。另兩種試樣是由玻璃纖維和碳纖維混合組成(其中含碳多的下稱GFd;含碳少的下稱GFs),在0°方向的無捻粗紗用碳纖維,±45/90°方向用玻璃纖維針織布。

  注:積層構成的詳細情況如下
  玻璃纖維(±45/90/0/ ±45/90/0/90/ ±45)
  混合纖維(±45/90/0/ ±45/90/0/90/ ±45)
 ?。ㄌ祭w維含量高  只0°方向有碳纖維)
  混合纖維(±45/90/ ±45/90/0/90/ ±45/90 ±45)
 ?。ㄌ祭w維含量少  只0°方向有碳纖維)
  2.2方管的四點彎曲試驗
  圖1表示方管的試樣形狀。在方管的上、下面貼正交應變片,側面貼3軸應變片,在方管下方用百分表測位移。還在圖上所示位置分別貼了15個應變片。

  GF、GFd試樣用1200mm、1800mm、2400mm的跨距進行試驗,GFs用2400mm的跨距進行試驗。試驗后算出等效彎曲剛度和彎曲強度。
  2.3拉伸試驗
  試樣為在方管拉擠方向(0°)切下的長方形試樣及與方管同構成、同板厚的平板上切下的同形狀試樣。在試樣的兩面貼正交應變片。拉伸試驗后算出拉伸彈性模量和拉伸強度。
  2.4壓縮試驗
  與拉伸試驗一樣,用從方管和平板上切下的壓縮試樣,在試樣的一個側面貼應彎片。壓縮試驗后算出壓縮彈性模量和壓縮強度。
  3、試驗結果與討論
  表2表示由方管和平板切出試樣的拉伸及壓縮彈性模量。為了對比還將以往擠成型的單向增強材料0°、45°、90°的拉伸試驗的數據用復合定律算出的彈模量EPD一起列出。

  注()內是離散系數
  從上述試驗結果不難看出由方管切下的試片和由平板切下的試處幾乎有相等的拉伸和壓縮彈性模量。由單向拉擠材料數據,用復合規則標出的彈性模量也同方管切出試樣及平板切出試樣的值近似。由于可知,用作結構材料的方管的材料彈性模量,可以用同構成、同板厚平板的同一性能數據代替。即使方管的基材構成和板后有變化也可用單向拉擠數據用復合規則計算也可充分預測其它形狀方管的材料彈性模量。

  表3是由四點彎曲試驗求出的等效彎曲剛度Elexp和用表2的彈性模量乘方管的斷面二次慣性矩算出的等效彎曲剛度。從表中可以看出由方管的四點彎曲試驗算出的等效彎曲剛度Elexp和由切出試樣算出的彎曲剛度和由切出試片算出的彎曲剛度幾乎是一致的。也就是說,如果知道同結構,同板厚的平板彈性模量或用單向拉擠材料的數據,用復合規則算出的彈性模量和方管的斷面二次慣性矩,方管的等效彎曲剛度就完全可以預測。
  表4表示方管的四點彎曲強度、方管和平板切出試樣的拉伸及壓縮強度。從這些數據不難看出拉伸強度遠遠大于壓縮強度,切下試樣的壓縮強度和方管的彎曲強度相近,這主要是由于方管的四點彎曲試驗是由壓縮和拉伸現象所構成。從這一點看原則上可以由試片的壓縮強度推測方管的四點彎曲強度。

4、結語
  從上述試驗結果可初步得出以下幾點結論:
  1)若要求拉擠方管的彎曲剛度,不需實際產品做試驗,只要知道下述材料常數就能較準確地推測。
 ?、俜焦芑蛲瑯嫵?,同板厚平板的彈性模量。
 ?、谝詥畏讲牧蠑祿脧秃弦巹t算出的方管材料的彈性模量。
  2)有關拉擠成型方管的彎曲強度用壓縮強度替代進行設計時(因為數據只是近似)要特別注意。
  3)其他形狀的拉擠產品(如球形、溝槽材料等)也可參照本試驗結果及試驗方法。

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