復合材料新型彎曲拉擠拱梁開發與研究
文章來源于FengSLab，作者劉天橋。
1.主要內容
本文結合了新的彎曲拉擠工藝，提出了彎曲拉擠拱梁，為拉擠型材梁構件賦予了一定的預拱度，以抵消一定的豎向撓度。同時，本文對拉擠型材截面進行了優化，成功避免了因屈曲導致的構件過早失效。本文提出的彎曲拉擠拱梁還可直接采用傳統平直構件的設計方法進行設計，優勢明顯。
大家好，我是復材拉擠型材，是由增強纖維材料與基體材料經過拉擠工藝連續生產的復材制品。
a) 受壓翼緣板和腹板局部屈曲
a) 受壓翼緣板和腹板局部屈曲
b) 梁整體側向扭轉屈曲
c) 局部和整體屈曲的相互影響
彎曲拉擠，“越壓越直”
傳統拉擠平直梁存在撓度大的問題，會“越壓越彎”。但如果提前將梁起拱，就可以“越壓越直”。通過彎曲拉擠拱梁，為拉擠型材梁構件賦予一定的預拱度，可以顯著抵消豎向撓度。
彎曲拉擠拱梁的預拱度是通過生產工藝中“彎曲”實現的。單純由“拉”和“擠”生產的型材是平直的，而彎曲拉擠就是在“拉”的過程中同時進行“彎”（見圖4），這樣生產出來的型材就會天然地帶有曲度。
新型彎曲拉擠拱梁研究
本文結合了新的彎曲拉擠工藝，并對工字梁截面進行了防屈曲優化，提出了新型彎曲拉擠拱梁（見圖5），該梁由三根相同的工字梁通過螺栓拼接而成。
為了摸清彎曲拉擠拱梁的力學性能，本文進行了三組彎曲試驗，包括一組7米長拱梁（見圖6），和兩組12米長拱梁（見圖7）。
通過試驗研究發現，三組拱梁（SS-7、SS-12A和SS-12B）均具有線彈性的力學表現（見圖8）。三組拱梁的跨中位移分別為69、235和199毫米，均小于其預拱度109、322和322毫米，可證明彎曲拉擠工藝賦予的預拱度能夠抵消拉擠型材較大的豎向撓度。
同時，三組拱梁均能達到其材料強度而終破壞，具體表現為上翼緣板受壓分層破壞。為了驗證拱梁的破壞模式為材料強度破壞而非屈曲破壞，對翼緣板和腹板的應變數據進行了分析。
以翼緣板應變為例（見圖9），三組拱梁的上翼緣板均表現出了線彈性的荷載-應變曲線，該曲線可證明拱梁翼緣板未發生局部屈曲現象（SS-7黃色曲線末端因材料分層破壞而出現拐點，并非屈曲導致）。
本文還使用了現有屈曲設計方法對拱梁的屈曲強度進行了理論驗證，共分析了五種不同的屈曲破壞模式（見圖10），包括腹板壓屈、腹板在集中力作用下受壓屈曲、腹板在彎曲作用下局部屈曲、外側翼緣板局部屈曲和內側翼緣板局部屈曲。
理論分析發現五種屈曲破壞強度均大于試驗結果，且試驗結果大于翼緣板受壓分層破壞強度，鑒于此，本文提出的拱梁能夠免于屈曲問題影響而達到其材料強度。
5.設計方法
本文通過有限元模擬探究了彎曲拉擠拱梁和傳統拉擠平直梁在簡支時的力學性能的不同（見圖11）。通過有限元分析可以發現，使用現有的曲度（彎曲半徑 = 56米）簡支拱梁的力學表現與平直構件基本相同。鑒于此，在設計彎曲拉擠拱梁時，可直接采用傳統平直構件的設計方法進行設計，極大程度地降低了使用彎曲拉擠拱梁的技術難度。
工程應用與未來展望
近期，使用本文提出的彎曲拉擠拱梁，已建成了一座20米長的廊橋（見圖12），該橋位于北京中冶建研院。該廊橋在強度、撓度和振動等方面均滿足設計要求，尤其在端部固支的條件下，梁內會產生一定的軸力，使該橋具有淺拱的受力模式，進一步增大了結構的剛度。使用彎曲拉擠拱梁，可進一步提高拉擠型材的力學性能，并極大地拓展復合材料在土木工程領域的應用范圍。
原始文獻：Liu, T., Feng, P., Wu, Y., Liao, S., and Meng, X. (2020). Developing an innovative curved-pultruded large-scale GFRP arch beam. Composite Structures (In Press).
DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.113111.
為加強國內外復合材料拉擠成型工藝的技術交流與市場對接，推進前沿工藝、先進設備及應用產品發展，推動復合材料全產業鏈優化升級，學習拉擠新技術、了解拉擠新設備、掌握終端新應用、洞悉市場新趨勢，復材網放眼國際，立足國內，定于2021年10月27-29日在浙江?嘉興召開“2021國際復合材料拉擠工藝應用高峰論壇暨工廠現場演示培訓會”。
本次會議以“復合材料拉擠工藝及應用”為主題，克勞斯瑪菲協辦。會議擬邀請國際拉擠工藝專家、拉擠制品企業研發總工及終端應用領域專家學者作技術與應用相結合、工藝與市場相結合的精彩報告。會議期間將組織參觀考察德國品牌克勞斯瑪菲的嘉興一體化工廠，學習了解復合材料工業4.0智能化五大優勢艾譜?圖片拉擠成型系統整體解決方案，促進和深化論壇研討成果。
誠邀國內外復合材料拉擠工藝領域專家、學者、企業家和行業同仁蒞臨大會，共謀復材新未來。
主辦單位
復合材料信息網
協辦單位
克勞斯瑪菲
大會議題
2021拉擠成型工藝市場報告與未來發展前景分析
拉擠工藝在門窗建材上的應用現狀和發展趨勢
拉擠風電龍骨大梁的前沿技術深度解析
大型航空部件的拉擠工藝解析和市場現狀
拉擠成型復合材料原材料先用與工藝探索
汽車復合材料部件用拉擠工藝的難點講析與解決方案
聚氨脂拉擠工藝的發展趨勢與市場前景
玻璃纖維拉擠工藝的發展趨勢與市場前景
碳纖維拉擠龍骨大梁用于超大風機葉片的產品要點及需求分析
拉擠工藝在無人機領域的應用熱點
拉擠工藝在建筑行業的發展前景與應用案例
聚氨酯長纖維注射復合材料技術及應用
聚氨酯門窗生產工藝及應用介紹
聚氨酯、環氧、不飽和樹脂注膠系統
拉擠在線切割，除塵，翻轉自動生產線
時間/地點
時間：2021年10月27日-29日
地點：浙江嘉興
相關事項
1.會務費標準
復材網會員：1900元/人，非會員3800/人
（含全部相關會議資料、會議通行證及會議用餐）
注：住宿由會務組統一安排， 費用自理。
2.會務費請按要求提前匯入指定賬戶，會務組統一開具發票，開票資料請發郵箱 ：frp@cnfrp.com
報名方式
聯 系 人：于珍
聯系電話：186 5346 3667
