隔热铝合金型材在弯曲变形情况下的受力分析

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1、门窗幕墙隔热铝合金型材在弯曲变形情况下的受力分析何振程现在我国大中城市的中高档楼盘的门窗多采用隔热铝合金材料，而且楼层的高度也越盖越高。众所周知，在高层使用的门窗其抗风压性能是不能忽视的，其安全性应该首先考虑。注胶隔热铝合金技术已在北美地区成功应用了30多年，市场占有率在80％以上，工艺成熟，整体结构性强，生产效率高，质量稳定，成本低，隔热效果好；图1其标准AAMATIR—A8—04更具有权威性，很值得我们加以借鉴。本文仅以注胶隔热铝合金技术，“复合”梁杆件向室内弯曲，外部的铝合金型材受来讨论常温条件下(23℃)的简支梁受到集中载荷到压缩；内部的铝合金型材受到拉伸。隔热断桥时，隔热铝合金型材

2、(以下称“复合”梁)的定的距离也会相应变小，由尺寸M变成N，见图2；量受力分析。计算内容包括：有效惯性矢巨、最大同时，隔热材料在弯曲挤压应力的作用下成“算弯曲变形量、“复合”梁的两块铝合金型材和隔盘珠”的形状。这种弯曲会给隔热材料带来额外的热材料所受的应力分析及其许用安全值的判别。剪切应力，类似正负风给隔热材料造成的剪切应力。这种因温差而造成的弯曲和应力与凶风压而造一、“复合”梁的特点成的弯曲和应力相瓦迭加。在没讣工程方案时，计算隔热铝合金型材的关键问题是隔热材料设计师应综合考虑这些弯曲及其应力。的剪切形变。在计算纯铝合金型材的简支梁受到由于隔热材料位于两块铝合金型材之问，当集中载荷时，其公

3、式为：伯努利一欧拉方程(EIy”其作为简支梁承受力的作用时，整个复合型材的=M)，而将其剪切变形量忽略不计。然而，当型材变形量以及铝合金型材所受到的应力较纯铝合金轴向上的立筋存在相对较软的隔热材料时，会导型材都有所增加；相反在长度方向上所传递的剪致“复合”梁的行为复杂化。受到载荷时，“复切流(隔热胶的剪切应力乘以隔热胶的宽度b’)合”梁的横截面尺寸会因隔热材料的剪切形变而却减弱了很多。产生变化。例如，当固定窗的窗框外侧温度高于内侧时，外侧的四根铝合金型材(上、下、左、右)的长度都要大于内侧的，其截面隔热材料的变化见图1。隔热材料的剪切彤变使得其形状由矩型变成平行四边型。当中梃料外侧的温度低于

4、内侧的时候，整个图22008／10‰m巴_—‘∞●&_I_m1370薹曩譬_量_i慧囊i露l”≥-一≥～曩《王篓i蒸薯隔热弹性体的参数确定Y～00p。00毒马s■篮。¨-鬟_一l爨黪臻爨”。黟：≯誊隔热材料是一种弹性体，假设它在其弹性范≯i慧0}u-i一0i0-0t毒一。、0j¨l}0l0鬟≥I奠r．0_∥围内呈线性弹性，作为聚氨酯这种弹性材料，其．。～．一毒：0女熟，：一蠢l^l囊■毫囊_0_剪切模量(Ge)的值应在其Ec／3一Ec／2(Ec为拉伸_。

5、棼毒ll：0I．。弹性模量)之间。随着弹性体拉伸弹性模量的增◆l加，其剪切模量也增加；但是，这种“复合”梁圈3的有效惯性矩对其剪切模量的变

6、化却不敏感。在室温下，聚氨酯这种弹性材料的剪切模量fGc)为巾载荷，梁为注胶隔热铝合金型材)，掌握了其行552Mpa、?白松比为0．5。为的规律，并能计算出可以信赖的数值结果。聚氨酯隔热胶的剪切模量(Gc)随着温度的需要说明的是：铝合金型材的杨氏模量比隔升高而变小，建议测试不同温度的剪切模量热胶的大很多，在考虑弯曲型变的计算时只选用(Gc)。应用于铝合金型材的聚氨酯隔热胶的剪切了铝合金的，而省略了隔热胶的。例如，隔热胶模量(Ge)应该是平均值，因为两侧铝合金型材的杨氏模量为1650MPa，仅为铝合金型材(杨氏温度不同，会导致在整个隔热胶的纵深位置的温模量为70000MPa)的3％。12毫米宽

7、的聚氨酯隔度不一样。在实际应用时，当隔热铝合金型材的热胶仅相当于0．39毫米宽的铝合金。外侧温度达到7l℃、内侧温度是26．7℃，隔热聚两块铝合金型材温度的不同也会造成弯曲变氨酯弹性体的平均温度为40．5℃，Gc为140Mpa。形、弯曲应力、“复合”型材内隔热胶的剪切应隔热聚氨酯胶是两组分的热固性塑料，当注力。这里没有很贴切的计算公式来描述，然而，胶机的混炼头的转速达到3500rpm，胶的混合质量可以使用有限元(FEA)进行分析温度的变化梯才能满足要求；如果注胶机的混炼头的转速不够，度。有限元(FEA)还可以模拟载荷、风、“复胶的混合比例达不到设计要求，生产出来的隔热合”型材内外的温度、隔热

8、胶两侧的温度，进行铝合金型材质量通过不了GB5237．6的标准要求。综合分析。三、“复合”梁的要求本文中介绍的“复合”梁，通过试验和分析表明：只要其跨度与高度比大于20，隔热胶的审温剪切模量(Gc)大于552MPa，两个支点以外、未受载荷的(外伸)梁对结果影响不大；但是支点以外的梁的长度，需大于梁的高度的一半。P为集中载荷，L为“复合”梁的跨度。受力CentroidalAxis④一模型建立在直角坐标系中，见图