1371
.pdfУстойчивость элементов, работающих на сжатие |
41 |
потери устойчивости является стенка, а для образцов серии
15 — полка. Геометрические |
параметры |
профилей и резуль |
|
таты их испытаний сведены |
в табл. |
10 и 11. Кривые нагруз |
|
к а — перемещение образцов |
14-S1 |
и |
14-S2, показанные на |
рис. 21, слегка различаются. Как видно из табл. 11, образец 14F1 разрушился при усталост
ных испытаниях после 18 790 цик |
|
|
|
|
|||||||||
лов |
с |
максимальной нагрузкой |
|
|
|
|
|||||||
7,5-103 фунт, а образец 14-F2 |
|
|
|
|
|||||||||
выдержал |
105 |
циклов с |
макси |
|
|
|
|
||||||
мальной нагрузкой 6,0-103 фунт. |
|
|
|
|
|||||||||
Образец 14-S2, нагруженный в |
|
|
|
|
|||||||||
закритической |
области, |
показан |
|
|
|
|
|||||||
на рис. 22, а локальное разруше |
|
|
|
|
|||||||||
ние у торца этого образца — на |
|
|
|
|
|||||||||
рис. |
23. |
|
нагрузка — перемеще |
|
|
|
|
||||||
Кривые |
|
|
|
|
|||||||||
ние образцов 15-S1 и 15-S2 пока |
|
|
|
|
|||||||||
заны на рис. 24. Как видно, их |
|
|
|
|
|||||||||
критические и максимальные за- |
|
|
|
|
|||||||||
критические нагрузки одинаковы. |
|
|
|
|
|||||||||
Максимальная нагрузка при уста |
|
|
|
|
|||||||||
лостном |
|
нагружении |
образца |
|
|
|
|
||||||
15- |
F1 |
составляла |
6,0• 103 |
фунт, |
|
|
|
|
|||||
а образец 15-F2 разрушился |
|
|
|
|
|||||||||
после 1430 циклов |
с максималь |
Рис. 21. |
Определение закрити |
||||||||||
ной |
нагрузкой |
7,0 -103 |
фунт. |
||||||||||
ческой прочности Z-образного |
|||||||||||||
Образец 15-S2, нагруженный в |
профиля |
№ |
14; |
материал |
|||||||||
закритической |
|
области, |
|
пока |
A-S/3501-6, укладка |
|
|||||||
зан |
на |
рис. 25, |
а |
вид |
локаль |
[±45/0з/90]5; |
по |
оси абс |
|||||
ного |
разрушения в |
средней ча |
цисс — сближение |
торцов, |
|||||||||
|
дюйм. |
|
|||||||||||
сти |
пролета этого |
образца — на |
|
|
|
|
|||||||
рис. |
26. |
|
|
|
график |
результатов испытаний Z-образных |
|||||||
Обобщающий |
|||||||||||||
профилей представлен на рис. 27 в координатах нагрузка — отношение bf/bw. Очевидно глубокое различие между харак тером зависимостей на рис. 19 и 27, где экспериментальные точки относятся к слоистым композитным профилям с одина ковыми геометрическими (bf/bw) характеристиками и уклад ками слоев. Обращает внимание хорошее совпадение резуль татов испытаний образцов Z-образного и швеллерного профи лей с bf/bw ~ 0,3. Однако при bf/bw « 0,65 только критиче ские нагрузки сопоставимы по величине, а закритическая прочность швеллерного профиля заметно ниже, чем у Z-об разного. Такое отличие наиболее вероятно объясняется сме щением нейтральной оси швеллерных профилей и, как уже
Таблица 10. Разм еры Z -образны х профилей [17]
Н о м е р |
|
Ч ’ |
L, |
L' • , |
P m ln ’ |
|
bW' |
ЬР |
|
|
А, |
|
о б р а з ц а |
|
( с р е д и .) |
дюйм |
д ю й м |
^ ^ m l n |
( с р е д и .) |
bwl*w |
|
д ю й м '1 |
bf / bw |
||
д ю й м |
д ю й м , |
д ю й м |
(с р е д и .) |
|||||||||
|
|
д ю й м |
|
|
|
|
|
д ю й м |
|
|
|
|
14-S1 |
0,0590 |
0,0578 |
5,7 |
2,47 |
0,14 |
21,0 |
2,602 |
0,8025 |
44,10 |
13,90 |
0,2462 |
0,308 |
14-S2 |
0,0612 |
0,0578 |
5,7 |
2,47 |
0,14 |
21,0 |
2,601 |
0,7972 |
42,50 |
13,85 |
0,2513 |
0,307 |
14-F1 |
0,0585 |
0,0588 |
5,7 |
2,47 |
0,14 |
21,0 |
2,601 |
0,8108 |
44,50 |
13,80 |
0,2474 |
0,311 |
14-F2 |
0,0595 |
0,0578 |
5.7 |
2,47 |
0,14 |
21,0 |
2,614 |
0,7952 |
43,90 |
13,77 |
0,2474 |
0,304 |
15-S1 |
0,0582 |
0,0595 |
6,87 |
3,1 |
0,25 |
14,4 |
1,506 |
1,0510 |
25,88 |
17,69 |
0,2127 |
0,698 |
15-S2 |
0,0593 |
0,0610 |
6,87 |
3,1 |
0,25 |
14,4 |
1,492 |
1,0250 |
25,16 |
16,80 |
0,2135 |
0,687 |
15-F1 |
0,0600 |
в , 0588 |
6,87 |
3,1 |
0,25 |
14,4 |
1,612 |
1,0450 |
26,90 |
17,79 |
0,2194 |
0,648 |
15-F2 |
0,0595 |
0,0592 |
6,87 |
3,1 |
0,25 |
14,4 |
1,620 |
1,0375 |
27,20 |
17,54 |
0,2191 |
0,640 |
Арнольд .Р Спайер, .Е Кедвард, .К
* П р и р а с ч е т е L ' п р и н и м а е м L у м е н ь ш е н н ы м н а 1 д ю й м и з - з а у в е л и ч е н н о й т о л щ и н ы о п о р н ы х к о н с т р у к ц и й .
|
|
|
Таблица |
11. |
Результаты испытания |
Z -образны х |
профилей |
[17] |
|
|
|
|
|
||||||||
Н о м е р |
Ь |
S |
f- |
ъ |
Ь |
S |
ов о |
Н |
Is |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
зХ |
X |
CS |
с |
X |
tS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
>. |
2 |
>> |
2 |
X |
2 |
олсиЧ ц и к л латсуо с т н о г урганж е н и я |
>» |
2 |
ц, |
| |
к. |
|
ct,| |
Ц, ^ I |
Ь. |
и ,| и. |
|
1 ^ |
|
|
о б |
0, |
Ч ? s |
а . |
1 = |
>ч |
*s,’ s |
а |
V 2 |
|
|
|
||||||||||
•е- |
н* |
•е- |
н" |
(- |
|
■& |
Е* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
р а з ц а |
|
rto |
-8- |
|
гэ |
Н* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
о |
г |
X |
”о |
X |
|
О |
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>. |
|
|
>. |
|
|
>> |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
О U |
^ 'e |
u |
|
|
•е |
|
Vi * |
. • е |
V |
I й |
« |
^ I ь- |
О К |
3 I ^ ^ |
а к |
■*к| V |
**ц_ ^ |
|
||
|
|
|
|
|
|
Vi |
v> |
О К) |
Vi |
о |
tj |
<J <0 |
к |
|
|||||||
1 4 - S 1 |
3 ,7 1 |
1 5 ,0 7 ;ш ) |
5 ,0 0 |
2 0 ,3 1 |
|
|
|
9 ,9 9 |
4 0 ,5 8 |
1 ,3 4 |
2 ,6 9 |
2 ,0 0 |
9 ,2 2 |
6 ,8 4 |
|
|
|
||||
1 4 - S 2 |
4 ,0 2 |
1 6 ,0 1 <оу) |
5 ,0 0 |
1 9 ,9 0 |
|
|
|
1 0 ,1 6 |
4 0 ,4 3 |
1 ,2 4 |
2 ,5 3 |
2 ,0 3 |
8 ,6 8 |
6 ,9 8 |
|
|
|
||||
1 4 - F 1 |
|
|
« 6 ,0 * |
|
7 ,5 |
3 0 ,3 1 |
1 8 7 9 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 4 - F 2 |
3 ,8 6 |
1 5 ,6 0 (ю) |
5 ,3 0 |
2 1 ,4 2 |
6 ,0 |
2 4 ,2 5 |
1 0 5 |
8 ,3 3 |
3 3 ,6 7 |
1 ,3 7 |
2 ,1 6 |
1 ,5 7 |
8 ,9 1 |
6 ,4 9 |
1 ,5 5 |
1 ,1 3 |
0 ,7 2 |
||||
1 5 - S 1 |
3 ,1 0 |
1 4 ,6 4 (f) |
4 ,0 0 |
1 8 ,8 1 |
|
|
|
9 ,4 1 |
4 4 ,2 4 |
1 ,2 8 |
3 ,0 2 |
2 ,3 5 |
9 ,4 9 |
7 ,3 9 |
|
|
|
||||
1 5 - S 2 |
3 ,4 3 |
1 6 ,0 5 (f) |
4 ,4 0 |
2 0 ,6 1 |
|
|
|
9 ,8 0 |
4 5 ,9 0 |
1 ,2 8 |
2 ,8 6 |
2 ,2 3 |
8 ,6 6 |
6 ,7 4 |
|
|
|
||||
1 5 - F 1 |
3 ,1 7 |
1 4 ,4 6 ( n |
4 ,2 0 |
1 9 ,1 4 |
6 ,0 |
2 7 ,3 5 |
1 0 5 |
9 ,5 8 |
4 3 ,6 6 |
1 ,3 2 |
3 ,0 2 |
2 ,2 8 |
9 ,6 1 |
7 ,2 6 |
1 ,8 9 |
1 ,4 3 |
0 ,6 3 |
||||
1 5 - F 2 |
|
|
я г 5 ,0 * |
|
7 ,0 |
3 1 ,9 4 |
1 4 3 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сжатие на работающих элементов, Устойчивость
* Визуальная фиксация момента потерн устойчивости.
Устойчивость элементов, работающих на сжатие |
45 |
отмечалось ранее, появлением в результате этого изгибаю щих моментов в закритической области.
Итак, можно ожидать, что локальное разрушение в за критической области в швеллерных профилях начнется при меньших нагрузках, чем в Z-образных, поскольку у послед них смещение нейтральной оси в закритической области фак тически не наблюдается. Очевидно, в качестве сжимаемого
элемента Z-образный профиль |
|
|
|
|
|||||||||
предпочтительнее |
|
швеллерного. |
|
|
|
|
|||||||
Этот вывод не обязательно |
спра |
|
|
|
|
||||||||
ведлив для |
подкрепленных |
таки |
|
|
|
|
|||||||
ми |
профилями |
панелей, |
когда |
|
|
|
|
||||||
стенка |
профиля |
перпендикуляр |
|
|
|
|
|||||||
на плоскости панели. В таком |
|
|
|
|
|||||||||
случае |
допустимое |
напряжение |
|
|
|
|
|||||||
локального |
|
разрушения |
в случае |
|
|
|
|
||||||
Z-образного профиля будет, ве |
|
|
|
|
|||||||||
роятно, подходящим и для швел |
|
|
|
|
|||||||||
лерного профиля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Результаты испытания Z-об |
|
|
|
|
|||||||||
разных |
и |
швеллерных |
профилей |
|
|
|
|
||||||
на рис. 28 представлены в без |
|
|
|
|
|||||||||
размерном виде. Отношение bf/bw |
|
|
|
|
|||||||||
швеллерных профилей A-S/3501-5 |
|
|
|
|
|||||||||
равно |
«0,28, поэтому резуль |
|
|
|
|
||||||||
таты их испытаний представлены |
|
|
|
|
|||||||||
на рис. 28 в виде прямой, осред- |
|
|
|
|
|||||||||
няющей |
экспериментальные точ |
Рис. 24. Определение |
закрити |
||||||||||
ки. Точки, соответствующие испы |
ческой прочности Z-образного |
||||||||||||
таниям |
профилей |
A-S/3501-6 с |
профиля |
№ |
15; |
материал |
|||||||
A-S/3501-6, укладка [±45/0з/ |
|||||||||||||
разными |
bf/bw, |
располагаются |
90]s; по оси абсцисс — сближе |
||||||||||
относительно этой прямой с неко |
ние торцов, дюйм. |
||||||||||||
торым |
разбросом, |
причем |
все, |
|
|
|
|
||||||
кроме одной, для Z-образных профилей лежат выше этой кри |
|||||||||||||
вой. |
Представленный |
график |
демонстрирует |
преимущество |
|||||||||
Z-образных |
профилей |
перед |
швеллерными, |
обусловленное, |
|||||||||
как было отмечено ранее, различием в уровнях изгибающих моментов, возникающих в закритической области.
Основной интерес представляет оценка обоснованности подхода, в котором подкрепляющие элементы — швеллерные или Z-образные профили — считаются состоящими из плоско стей с одной свободной или обеими опертыми кромками, а их закритическая прочность рассматривается эквивалентной закритическим прочностям этих плоскостей. В соответствии с этим предполагается, что кривая закритической прочности пластин с одной свободной кромкой (рис. 11) пригодна для
Устойчивость элементов, работающих на сжатие |
47 |
|
|
|
Профиль № 14 |
Профиль Ш 5 |
|
|
|||||
|
|
: |
|
|
I |
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
1, |
|
|
F • |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
F • |
|
|
|
|
|
|
|
|
_ |
|
Стенка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J O F |
|
|
Полка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
- |
2 эксперимента |
|
F ° |
о |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
- .1 . |
1 |
1 |
1—1__ |
1..1 |
1__ 1__ 1 |
1 |
|
||
|
|
0,1 |
0,2 |
|
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
bf/bu, |
|
|
|
|
|
Рис. |
27. |
Результаты |
испытания |
Z-образных профилей; материал |
|||||||
A-S/3501-6, укладка [±45/0э/90]*; ф |
закритическая |
прочность; |
О крити |
||||||||
ческая |
нагрузка начальной |
потери |
устойчивости. Профиль № 14; bw/tw « |
||||||||
« 44, |
bfltf |
да 14, А да 0,25 |
дюйм2; профиль № |
15: bw/t,v да 26, |
bfltf да 17, |
||||||
|
|
|
|
|
А да 0,22 дюйм2. |
|
|
|
|
||
прогнозирования закритических нагрузок локального разру шения, рассмотренных для швеллерных и Z-образных про филей. Тогда нагрузка закритического локального разруше-
Р СС |
о |
w |
эквивалентна соответствующей нагрузке про- |
филей и меньше расчетных нагрузок закритического локаль ного разрушения полок.
Подобный подход применен для анализа результатов испытания профилей, приведенных в табл. 5, 8 и 9. Все дан ные сведены на рис. 29, где для наглядности дополнительно показана зависимость закритической прочности пластин без свободных кромок. Ранее было отмечено, что эта зависимость представляет нижнюю границу несущей способности опертых пластин. Расположение точек, характеризующих испытания профилей, относительно этой прямой показывает, что она дает сильно завышенную оценку закритической прочности полок швеллерных профилей и соответствует верхней границе закри тической прочности Z-образных профилей. Таким образом, предложенный метод анализа закритической прочности под-
48 |
К. Кедвард, Е. Спайер, Р. Арнольд |
Рис. 28. |
График приведенной |
закритической прочности |
швеллерных и |
|||||
Z-образных |
профилей. |
Материал A-S/3501-6, укладка |
[ ± 45/03/90]$: |
|||||
ф швеллер, |
bf/bw m 0,28; Э швеллер, |
bf/bw « 0,49; в |
швеллер, |
bf/bw f& |
||||
«0,64; |
Д |
Z-образный, |
bf/bw « |
0,30; |
Д Z-образный, |
bf/bw « |
0,69 [17] |
|
Материал A-S/3501-5, укладка [ ± 45^/Од/ч1 45^]г швеллеры, b^/bw « 0,28:
О В/А = 2, □ В/Л = 4, ■ В/Л = 6 [14].
Рис. 29. График приведенной закритической прочности стенок швеллерных
и Z-образных |
профилей. Символом Z обозначены |
результаты испытания |
|||||
Z-образных профилей; остальные точки соответствуют швеллерным профи |
|||||||
лям. Материал |
A-S/3501-6, |
укладка |
[±45/03/90]s: |
■ |
« |
0Д8; □ |
|
bf/bw « |
м э ; В |
0,64. Материал A-S/3501-5, укладка |
[ ± |
45^/0д/ |
|||
± 45^]г, |
швеллеры, |
= 0,28: ф |
В/Л = 2, О |
А/А = 4, |
(J |
В/А = 6. |
|
Кривая представляет результаты испытания пластин без свободных кро мок из материалов A-S/3501-5,-6.
Устойчивость элементов, работающих на сжатие |
49 |
крепляющих элементов постоянной толщины применим при условии, что вторичный изгиб элементов не происходит вплоть до закритического локального разрушения.
1.3.4. ПАНЕЛИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ ШВЕЛЛЕРНЫМИ ПРОФИЛЯМИ С ПОЛКАМИ
Вид и размеры поперечного сечения панелей, подкреплен ных швеллерными профилями с полками, показаны на рис. 30, а сечение и размеры подкрепляющего элемента се
рии 16 — на |
рис. 31. Были проведены испытания этого типа |
|
|
,В)/±45/90]с |
Профиль№16 |
триба |
/ |
|
Л |
■*/—-5,25 дюйм-* |
5,25 дюйм — *» •*-Ь,25дюйм—■"] |
•*--------------------------------------------- 22,5 дюйм------------------------------------------------- ■*] Образцы №20и 21
Рис. 30. Размеры сечения панели, подкрепленной швеллерными профилями с полками; профиль № 16 приклеен к обшивке.
профилей в закритической области, однако их результаты в данное исследование не включены, поскольку очень сильное смещение нейтральной оси вы
звало значительные вторичные |
|
ЬеР*1,1 дюйм |
|
|
|||||||||
изгибные |
|
напряжения |
и |
как |
|
|
|
|
|
||||
следствие — преждевременное |
|
|
|
|
|
||||||||
разрушение. При |
изготовлении |
|
|
|
|
|
|||||||
подкрепленной |
панели |
полки |
|
|
|
|
|
||||||
готового |
профиля |
приклеива |
|
|
|
|
|
||||||
ли |
связующим |
холодного |
от |
|
|
|
|
|
|||||
верждения типа ЕА934. После |
|
|
|
|
|
||||||||
довательность |
укладки |
слоев |
bf *0 ,7 дюйм |
|
|
|
|||||||
панелей |
[0/±45/90]$. |
Шири |
|
|
Образец |
16 |
|||||||
на |
всех |
испытанных |
панелей |
Рис. 31. Размеры сечения швеллер |
|||||||||
примерно |
|
одинакова. |
Условия |
||||||||||
|
ного профиля с полками; материал |
||||||||||||
свободного |
опирания |
ненагру- |
A-S/3501-6, укладка |
[±45/03/90]s. |
|||||||||
женных кромок |
панелей |
обес |
|
Панели |
серии |
20 |
испы |
||||||
печивались |
разрезными |
трубами. |
|||||||||||
тывали в |
|
закритической |
области, |
а серии |
21 — до началь |
||||||||
ной потери устойчивости (см. разд. 1.1), как тонкостенные стержни.
50 К. Кедвард, Е. Спайер, Р. Арнольд
Таблица 12. |
Результаты |
испытания панели, |
подкрепленной |
|||
|
швеллерными профилями е полками [17] |
|
||||
Н о м е р |
L, |
р С С |
р со |
|
П р и м е ч а н и е |
|
о б р а з ц а |
д ю й м |
103 ф у н т |
Ю3 ф у н т |
|
||
|
|
|
||||
20-S1 |
17,0 |
50,6 |
Нарушение |
адгезионной |
||
|
|
|
связи |
по |
плоскости |
|
20-S2 |
17,0 |
56,5 |
склейки |
разрушение |
||
Локальное |
||||||
|
|
|
композита и нарушение |
|||
|
|
|
адгезионной |
связи по |
||
20-F1 |
17,0 |
59,0 |
плоскости склейки |
|||
|
То |
же |
|
|||
20-F2 |
17,0 |
55,8 |
52,9 |
» |
» |
|
21-S1 |
55,3 |
|
» |
» |
|
|
21-S2 |
55,3 |
|
49,5 |
» |
» |
|
Рис. 32. Определение закрнтической прочности подкрепленной панели № 20 (см. рис. 30). Выпучивание обшивки произошло при нагрузке, меньшей 104 фунт (на кривых нагружения это не отражено); по оси абсцисс — сближение торцов, дюйм.