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一根由單向玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料矩形截面梁，當(dāng)其承盛三點彎曲時，其抗拉、抗壓強度都能得到充分發(fā)揮，但抗層間剪切強度低是致命弱點。在大荷載情況下往往由于剪切強度的不足而使梁完全破壞。實際上，由于受壓區(qū)的損傷、導(dǎo)致?lián)p傷后應(yīng)力重分布，以致發(fā)生剪切破壞的可能性還要嚴(yán)重得多，所以需要對其進(jìn)行詳細(xì)的強度分析。
當(dāng)梁的跨長一定時，為了使梁的抗壓及抗剪切強度同時滿足，由材料力學(xué)公式得梁高H，跨長L比是一個定值H/L=2rB。因此，想通過增加矩形載面梁的高度來提高梁的承載力是有一定限度的。
由于復(fù)合材料纖維鋪設(shè)方向、次序的不同會影響其強度的高低，因此可用450纖維纏繞，再用玻璃纖維或碳纖維增強梁的上、下翼板制成薄壁箱形梁，該梁用料少、重量輕，具有高的抗拉、抗壓強度，又有高的抗剪切強度，因而梁的承載力可有較大的提高。英國NEL研究中心目前已研制成由增強塑料箱形梁構(gòu)成的彈簧懸掛系統(tǒng)，也安裝于汽車上代替鍋板簧，箱形梁由纏繞和鋪設(shè)工藝制作而成。先制作石膏芯模(或鋼模)，在芯模上450纏繞予浸環(huán)氧樹脂的玻璃纖維，在上、下翼板沿軸線方向再鋪設(shè)予浸過氧樹脂的單向玻璃布或碳布。
由于單向玻璃布增強塑料的抗拉、抗壓強度不等，因此單向布增強翼板的厚度在受拉、受壓區(qū)可設(shè)計得不同。掛樣設(shè)計的箱形梁經(jīng)固化、脫模后即可使用。在彎曲時450鋪層的腹板可滿足抗剪切強度，450鋪層的翼板可滿足抗拉、抗壓強度。
由于梁的翼板壁厚較薄，箱形梁三點加載彎曲時，跨中的集中荷載會使局部損壞而導(dǎo)致實驗失敗，為此在梁的跨中襯墊鋼環(huán)(實際使用中，受力處也應(yīng)加襯墊)，在加載處墊一定厚度的橡皮，使在環(huán)長范圍內(nèi)的荷載均布。襯墊及加載裝置見圖，有襯墊的45，薄壁箱形梁用解析法求承受彎曲應(yīng)力的解較難，因此用有限元分析法進(jìn)行應(yīng)力分析。
考慮到箱形梁的翼板和腹板有二個方向的彎曲變形，因此選用殼單元。利用對稱性，取四分之一梁的單元網(wǎng)格劃分及邊界條件見圖。這里的關(guān)鍵問題是如何處理分別位于箱形梁和襯墊上一對節(jié)點之間的位移連續(xù)條件。假定變形前接觸的一對節(jié)點之間有一很小的距離s，虛設(shè)的連桿約束在一起。變形后，對虛設(shè)連桿出現(xiàn)拉應(yīng)力的一對節(jié)點則認(rèn)為應(yīng)脫離接觸，解除約束，經(jīng)多次重復(fù)計算以后，確定了梁與襯墊之間應(yīng)保持法向位移連續(xù)的一些節(jié)點，在圖中用粗黑點及X號表示出來。
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