聚氨酯弹性体夹芯板的屈曲性能研究
来源:    发布时间: 2017-10-12 15:46   1061 次浏览   大小:  16px  14px  12px
    夹芯板结构以其优异的轻质量、高强度、以及一些其它特异的功能而成为现代科学研究的重点[1]。聚氨酯弹性体夹芯板是夹芯板的一种,是由英国ie公司开发的一种新型的夹芯板结构。它是由两块钢质面板和内部的聚氨酯弹
    夹芯板结构以其优异的轻质量、高强度、以及一些其它特异的功能而成为现代科学研究的重点[1]。聚氨酯弹性体夹芯板是夹芯板的一种,是由英国ie公司开发的一种新型的夹芯板结构。它是由两块钢质面板和内部的聚氨酯弹性体夹芯材料组成。在国外它已经广泛的应用于船舶甲板的修复、桥梁面板、体育看台、低层建筑等等方面[2-4],其优异的减震吸能效果受到人们的广泛关注,其绝缘性能、隔热性能、抗疲劳性能也照比常用的梁板组合结构要好,同时聚氨酯弹性体的固化前为液体形态,可以进行大面积的现场浇筑施工,也可以提前在工厂浇筑好现场装配,因此聚氨酯弹性体夹芯板有着广泛的应用前景。
    在夹芯板结构中,屈曲破坏是最常见的破坏形式之一,因此屈曲性能研究也是其工程应用的基础,而屈曲破坏形式包含多种形式[5],国内对聚氨酯弹性体的屈曲研究主要集中在数值方面[6-7],但是其模型的有效性很难保证。本文在实验室制备了聚氨酯弹性体夹芯板试件,对其进行了屈曲破坏试验,得到了其失效模式,同时建立了聚氨酯弹性体夹芯板的数值模型,验证了其有效性并分析了其破坏机理。
    1 重庆夹芯板材料制备
    屈曲实验是参考GB/T1454—2005《夹层结构侧压性能试验方法》标准进行的。图1为聚氨酯弹性体夹芯板屈曲实验设备,包括Instron4505多功能材料试验机、高速摄像头、电阻应变仪等等。图2为实验的夹具示意图,夹具为矩形的卡槽,卡槽设有5个螺栓孔固定,其中1是用于夹试件的矩形块,2是用于固定矩形块的螺栓,3是卡槽,4是用于和试验机固定的夹头。聚氨酯弹性体夹芯板试件是在实验室制备的,上下面板为钢板,芯子为浇筑而成的聚氨酯弹性体,夹芯板试件是将面板与芯子采用购买的强力胶粘接而成。聚氨酯弹性体夹芯板试件的尺寸为长150 mm,宽60 mm,总厚度为14 mmm,其中芯子为10 mm,上下两层面板各为2 mm。
  
    2 实验及结果分析
    图3为聚氨酯弹性体夹芯板屈曲试验图,其中图3(a)为实验前,夹具夹住试件的状态,图3(b)为实验停止后,试件的破坏状态。在实验过程中可以观察到,聚氨酯弹性体夹芯板试件在加载初期都为压缩变形,随着力的增加,聚氨酯弹性体夹芯板试件的中间部分快速向侧向弯曲,之后发生了整体屈曲,但是并没有出现局部屈曲、芯体压溃及面芯脱粘等破坏,这说明面板和芯子的抗弯刚度不足是聚氨酯弹性体夹芯板试件屈曲失效的主要原因。图4为聚氨酯弹性体夹芯板试件屈曲实验的载荷与位移曲线图。曲线1~3分别代表3个试件,从图4中可以看到,3条试验曲线几乎重合,曲线都包括两个阶段,在第一阶段中,随着位移的增大,载荷呈线性变化,当位移增大到某一值时,曲线达到顶点,载荷达到最大值,也就是临界屈曲荷载,此后随着位移的增大载荷迅速下降,直到最后失去承载能力达到屈曲破坏。
    重庆夹芯板根据规范给的公式可以计算出聚氨酯弹性体夹芯板的一些力学参数,每个参数都是取3个试件的平均值,如表1所示,其中聚氨酯弹性体夹芯板的屈曲临界荷载为29.71 kN。
    3 屈曲数值研究
    通过聚氨酯泡沫夹芯板预埋螺栓试件的拉脱试验结果得到了以下结论:聚氨酯弹性体夹芯板由两层较薄钢制面板和聚氨酯弹性体芯体组成。聚氨酯弹性体夹芯板的尺寸为长150 mm,宽60 mm,厚度14 mm,其中上下面板厚度为2 mm,芯体厚度为10 mm,与实验试件一致,如图5所示,聚氨酯弹性体材料的基本参数由其拉伸实验获得,如图6所示,其中图6(a)为实验图,图6(b)为载荷—位移曲线。参数由拉伸实验获得。两层面板、中间芯体采用8节点三维线性缩减积分单元(C3D8R),胶层采用8节点三维粘结单元(COH3D8),参数为厂家提供,见表2。模型面板与芯体界面粘结均完好,在Abaqus中两个界面均采用绑定约束,假设其加载过程中界面粘结始终完好,模型一侧面采用铰接固定,另一侧施加压缩位移荷载,在对聚氨酯弹性体夹芯板划分网格时,其他部位尺寸都可以为2mm,但是在板的中央区域划分出一个圆形区域,如图7所示此区域网格尺寸为1 mm,这是为了计算更为准确。http://www.cqslwzyxgs.com/