Конструкции панелей типа сэндвич
|
В строительных элементах, содержащих в качестве внутреннего слоя пенопласт, деформация ползучести последнего должна быть ограничена. Поэтому нагрузка на пенопласт не должна превышать 40 % усилия, вызывающего 10%-ную относительную деформацию. Для облегчения применения этого правила в нормах описан метод определения предельных напряжений пенопластов. Снижение прочности конструкции в течение срока ее службы следует учитывать посредством введения коэффициента статической усталости, тогда как при определении модуля Юнга необходимо учитывать коэффициент ползучести β. Предельные сжимающие и сдвиговые напряжения в пенопластах могут быть рассчитаны, исходя из значений пределов прочности на сжатие и сдвиг соответственно по формулам:  Значения пределов прочности на сжатие и сдвиг могут быть рассчитаны путем вычитания из среднего значения действительных результатов испытаний величины, равной двойному стандартному отклонению. Расчетные значения модуля Юнга и модуля сдвига пенопластов определяются по следующим формулам:  Критическое напряжение потери устойчивости (выпучивания) элементов, состоящих из пенопласта, покрытого с двух сторон металлическими листами, зависит от модулей Юнга металла и пенопласта. С учетом ортотропии пенополиуретана предполагается следующая зависимость (по Х.Г. Аллену):  Зная значение критического напряжения потери устойчивости и используя коэффициент запаса n2 = 1,5, можно получить предельное напряжение потери устойчивости  Для указанных вычислений характеристики наиболее часто применяемых сортов пенополиуретана могут быть взяты из табл. 17, однако при отсутствии экспериментальных данных их следует уменьшить на 30 %.  Методы расчета элементов, состоящих из пенопластового внутреннего слоя и поверхностных слоев из плоских листов, разработаны, и такие элементы находят широкое применение в самолетостроении. Геометрические параметры поперечного сечения типичной панели типа сэндвич приведены на рис. 120. Жесткость такой панели определяется жесткостями поверхностных листов и пенопластового слоя:  Поверхностные листовые слои классифицируются по соотношению их толщины и толщины внутреннего слоя:  Поверхностные слои элементов, применяемых в строительстве, как правило, относятся к тонким. Например, при слое пенопласта толщиной 44 мм и металлических листах толщиной 1 мм будем иметь:  При тонких и очень тонких поверхностных слоях в формуле для определения D первый член составляет меньше 1 % суммарного значения, поэтому им можно пренебречь. Это означает, что изгиб тонкого листа относительно собственной оси лишь очень незначительно влияет на жесткость всей панели. Третий член выражения также составляет менее 1 % суммы, и им также можно пренебречь при условии  Если это условие удовлетворяется, то жесткостью внутреннего слоя можно пренебречь. Тогда жесткость панели типа сэндвич может быть выражена следующим образом:  В случае, если b значительно больше c, вместо величины, Es можно использовать величину Es/1-vs2, где vs - коэффициент Пуассона для материала поверхностных слоев. Сдвиговая жесткость панели типа сэндвич (пренебрегая сдвиговой жесткостью поверхностных слоев) выражается следующим образом (рис. 121):  Разрушение сэндвичной панели, показанной на рис. 120, длиной L с простым опиранием по обоим краям под действием сосредоточенной в середине пролета нагрузки (при b≥h) может наступить в результате простой потери устойчивости или образования складок поверхностного слоя.  Разрушение в результате потери устойчивости наступает при удовлетворении одновременно двух условий:  Если оболочка не является очень тонкой, то вычисление Pcr весьма сложно. Панель типа сэндвич считается устойчивой против выпучивания поверхностного слоя, если напряжение в нем от равнодействующей давления составляет  Изгибаемые сэндвичные панели должны удовлетворять условиям несущей способности и деформативности. Несущая способность поверхностного слоя считается достаточной, если удовлетворены следующие два условия:  В изгибаемых сэндвичных панелях эпюра сдвиговых напряжений по высоте сечения представляет собой параболические сегменты с перегибами на границах слоев. Если внутренний слой относительно слабый и если пренебречь жесткостью поверхностных слоев, то эпюру можно представить в виде участков, ограниченных прямыми, а сдвиговые напряжения по внутреннему слою рассматривать как постоянные:  При расчете прогиба панели типа сэндвич, в отличие от обычной конструкции, следует учитывать как сдвиговые деформации, так и деформации от изгиба. Суммарная деформация равна:  Сдвиговая деформация в точке х по длине статически определимой балки на двух опорах составляет:  Максимальные суммарные прогибы сэндвичных панелей на двух опорах для наиболее часто встречающихся случаев загружения не должны превышать:  Это условие должно удовлетворяться для сочетания постоянных и временных нагрузок.  |
