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PE木塑装配式围挡结构力学性能研究

星期五, 8月 18, 2023

聚乙烯(polyethylene,简称 PE)木塑装配式围挡结构相较于传统围挡结构具有强度高、宜装卸、使用寿命长以及环保等优良特征,主要用于广东、福建、山东等强风地区。

目前这种新型材料制成的围挡结构已小范围投入生产、使用,但围挡结构的安全性及适用性还有待研究。因此,对 PE 木塑围挡结构的力学性能及破坏机理研究具有重要意义。基于上述背景,以实验为基础,利用数值模拟的方式对 PE 木塑围挡结构的力学性能进行了分析,依据受力特点对结构进行优化改良,最终得到较全面、可靠的结论,为 PE 木塑围挡结构的应用及推广提供理论支持。

PE木塑装配式围挡结构力学性能研究

首先,开展 PE 木塑材料力学性能的测试工作,主要对其进行在不同温度下的抗拉试验,根据实验结果得到抗拉强度、弹性模量、泊松比等材料属性,并绘制应力-应变曲线。结果表明随着温度的升高,该材料的拉伸强度逐渐减小,峰值应力所对应的应变不断减小。

其次,分别针对围挡结构的柱和板进行力学性能试验研究,开展了柱翼缘破坏试验、柱四点弯试验及板四点弯试验,再通过 ABAQUS 有限元软件建立精细化有限元模型,对柱与板建立四点弯试验开展有限元分析,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了有限元分析模型的合理性及准确性。

PE木塑装配式围挡结构力学性能研究

然后,利用理论、试验和数值仿真等方法对 PE 木塑围挡结构整体的力学性能进行分析,基于立柱和板的应力应变水平,研究结构在风荷载的作用下的最大承载力,并根据板和柱的应力集中区域推测围挡结构的破坏形式。结果表明,常温下围挡结构在无支撑和有支撑两种情况下分别能承受 10 级和11 级风,但随着温度的升高,其承载能力下降。

最后,根据试验及有限元分析结果,通过有限元分析软件对柱截面进行形状优化分析,建立了两种柱截面的优化方案,分别对两种方案进行围挡结构性能分析。结果表明两种方案均能提高围挡结构性能。

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