Справочник по композиционным материалам

Последовательное проектирование сандвичевых конструкций

Определение нагрузок. Для многоточечного нагруження используют формулы, полученные Р. Роарком [16].

Выбор типа балки. В табл. 21.15 приведены данные для начальных расче­тов. Особое внимание необходимо обратить иа тип заделки и приложения нагрузки. В реальной практике полное закрепление ие может быть достигнуто, поэтому стрела прогиба всегда оказывается больше расчетной.

Определение предельных прогибов. Для большинства применений предел прогиба структур обычно не превышает величины U360.

В ряде случаев эта величина может быть превышена, например для мате­риалов, используемых при изготовлении лыж. Очень большие прогибы могут быть нормальным явлением также в ряде других конструкций.

Выбор материала для несущих пластин (облицовок). В табл. 21.1 при­ведены данные по физико-механическим свойствам несущих (облицовочных) мате­риалов. Выбор этих материалов должен учитывать задачи снижения массы, возможность перегрузок, локальные (вминающие) нагрузки, коррозионные свой­ства и декоративные требования, а также стоимость материала. Обычно выбирают стандартную толщину материала и делают расчет, как показано ниже. Толщина несущего слоя определяет в основном как напряжения в нем, так и стрелу про­гиба.

Расчет первого приближения. Определив толщину сандвичевой струк­туры А, выбирают величины tf и Ef. Большинство сандвичевых Структур имеют

Толщину 1,5 ... 150 мм.

Выбор толщины обшивки. Обычно исходят из того, что стеклопластико-

Вые и алюминиевые покрытия выпускаются с определенной, нормированной тол­щиной. После того как определена толщина несущей пластины для выбранной стрелы прогиба, определяют границы напряжений. При расчетах используют формулу для бf и определяют запас прочности.

Выбор заполнителя. Проводят расчеты сдвиговых напряжений в заполни­теле тс с. Исходя из данных табл. 21.1. — 21.8, предварительно выбирают мате­риалы. Необходимо дополнительно обратить внимание на то, что сдвиговые свой­ства в направлениях L и W не одинаковы. После этого проводят вторичный выбор заполнителя с учетом совместимости материалов, размеров и типа ячеек. Исходя из графиков иа рис. 21.5, определяют поправки к прочностным характеристикам в зависимости от толщины. Расчетные предельные напряжения сверяют с запасом прочности, вносят корректировки в допустимые напряжения. Кроме этого, рас­сматривают прочность на смятие и пределы прочности при сжатии, модули сдвига, массовые и стоимостные характеристики. Для вращающихся деталей прочность на смятие и толщина обшивки являются наиболее важными показателями.

Стрела прогиба. В большинстве применений при расчетах прогиба не учитывают влияния сдвига при прогибе, считая его малым. Для очень малых стрел прогиба сандвичевых конструкций при большой толщине этих материалов или при очень малой базе сдвиговая компонента должна учитываться и выбор запол­нителя должен осуществляться с учетом влияния модуля сдвига.

Сморщивание несущей пластины и межъячеистые прогибы. Для тонких облицовочных пластин могут быть рассчитаны локальные прогибные напряжения. Сравнение с Of кр покажет, следует ли принимать их в расчет.

Другие параметры, которые необходимо определять. Часто сотовые панели имеют больше двух точек закрепления. Если соотношение длины и ширины панели больше 3:1, расчеты можно проводить по методу короткой балки. Фор­мулы, приведенные в работе [16] и применяемые при условии пренебрежения сдвигом при изгибе, дают моменты инерции соответственно саидвичевой структуры и твердого тела:

_ tfh4 . bt3

'санд 2—' тв. тела — —2~ •

Параметры панелн и пластин рассчитываем по формуле

^тв. тела = 5tfh.2.

Используя эту формулу для оценки прогиба, можно получить заниженные даииые. Следовательно, учет напряжений сдвига при изгибе необходим. Табл. 88, приведенная в [16], дает ряд приближенных характеристик, применимых для панелей с несколькими точками закрепления.

21.6.4. Простейшие формулы, используемые при расчетах

Напряжение изгиба в несущих пластинах:

— м

°а ~ tfh '

Где М определяется по табл. 21.15.

Напряжение при сдвиге в заполнителе:

— JL

«сд - h,

Где V определяется по табл. 21.15. Прогиб:

A — WbPL* , KSPL

• : Eutfh? hGс '

Где Кь и Ks определяются по табл. 21.15.

Для большинства балок вторичные эффекты относительно малы, но необходимо оговаривать пределы прогиба или величину базы.

Момент инерции:

Tfh*b 1 санд — 2

Потеря устойчивости несущей пластины:

_ 2Ef г tf І»

Предел прочности при отрыве несущей пластины:

А, йр 0,82 = £.[-§£]. Запас прочности:

Gjj Возможные или типичные напряжения

— Расчетные напряжения