一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法与流程

1.本发明涉及力学分析技术领域，具体涉及一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法。


背景技术：

2.圆锯具有切割效率高、切割质量好等诸多优点，因而被广泛应用。目前，圆锯主要使用钢基板锯片，而钢基板锯片工作时的缺点是：(1)切割时产生的噪音很大(有的可高达110db)，严重影响工作环境，损害工作人员身体健康；(2)质量重，耗能高，费用高。而轻质、降噪、耐腐蚀等恰恰是复合材料的优点，同时，使用复合材料制作锯片基板，还可以极大地降低锯片振动，减少切割崩边，提高了切割精度和切割质量。
3.但目前复合材料圆锯片的设计方法还不成熟，尤其是刚刚开始工作时，冲击径向荷载会使锯片发生屈曲，轻者切割崩边，严重时甚至直接致使锯片失效，而这实际是一个复杂载荷作用下的稳定性问题，而该问题还未被解析求解，因而影响着复合材料锯片的设计与研制。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的不足，本发明公开了一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法。
5.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
6.本发明公开了一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，
7.针对外径d、厚度h、中心孔直径φ、法兰盘直径d的玻璃纤维增强复合材料圆锯片而确认临界屈曲荷载；
8.其中，刀座径向长度为l1；
9.玻纤复合材料中的增强纤维的弹性模量为ef、泊松比为vf、体积含量为vf；
10.玻纤复合材料中的树脂基体的弹性模量为em、泊松比为vm、体积含量为vm；
11.刀座材料的弹性模量为e1、泊松比为v
m1
；
12.玻璃纤维增强复合材料的密度为ρ；
13.中心孔边缘固定夹紧，切割工作时，锯片角速度为ω，所受法向力分量会使锯片发生面外屈曲，玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载p
ncr
由公式(1)确定：
[0014][0015]
其中：
[0016]
π为圆周率；
[0017]ex1
＝e1为刀座材料的弹性模量；
[0018]
为屈曲点刀座对z轴的惯性矩；
[0019]ex2
为玻璃纤维增强复合材料基板xy面的弯曲弹性模量，能够由实验测试得到，也
能够通过理论计算得到，理论计算的公式如下：
[0020]e2l
＝e
fvf
+e
mvm
ꢀꢀ
(2)
[0021][0022]
根据锯片的工况，玻璃纤维增强复合材料基板使用纵横纤维相同的方格布，并采用无极对称铺层，于是：
[0023][0024]
为屈曲点玻璃纤维增强复合材料基板对z轴的惯性矩；
[0025]
为综合系数，综合了约束及其变截面因素，
[0026]
其中，所有参量皆采用国际单位制。
[0027]
与现有技术相比，本发明的至少具有以下优点：
[0028]
借由本发明提供的玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，可以根据原始工况和材料参数，确定出玻璃纤维增强复合材料圆锯片工作时的临界屈曲荷载pncr，如此为玻纤复合材料圆锯片的设计与研制提供了依据，确保圆锯片的力学性能达到要求。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图简单地介绍。
[0030]
图1为圆锯片切割时切削力情况示意图；
[0031]
图2为圆锯片所受的径向压荷载和约束简化以及分析时所采用的坐标示意图，帮助使用者利用公式时，将各个参数与坐标系相对应；
[0032]
图3为在不考虑惯性力时锯片数值模拟的三维屈曲示意图。
具体实施方式
[0033]
下面结合实施例及附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0034]
参加图1-3所示，本发明实施例公开了一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，针对外径d、厚度h、中心孔直径φ、法兰盘直径d的玻璃纤维增强复合材料圆锯片而确认临界屈曲荷载；
[0035]
其中，刀座径向长度为l1；
[0036]
玻纤复合材料中的增强纤维的弹性模量为ef、泊松比为vf、体积含量为vf；
[0037]
玻纤复合材料中的树脂基体的弹性模量为em、泊松比为νm、体积含量为vm；
[0038]
刀座材料的弹性模量为e1、泊松比为v
m1
；
[0039]
玻璃纤维增强复合材料的密度为ρ；
[0040]
中心孔边缘固定夹紧，切割工作时，锯片角速度为ω，所受法向力分量会使锯片发生面外屈曲，玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载p
ncr
由公式(1)确定：
[0041]
[0042]
其中：
[0043]
π为圆周率；
[0044]ex1
＝e1为刀座材料的弹性模量；
[0045]
为屈曲点刀座对z轴的惯性矩；
[0046]ex2
为玻璃纤维增强复合材料基板xy面的弯曲弹性模量，能够由实验测试得到，也能够通过理论计算得到，理论计算的公式如下：
[0047]e2l
＝e
fvf
+e
mvm
ꢀꢀ
(2)
[0048][0049]
根据锯片的工况，玻璃纤维增强复合材料基板使用纵横纤维相同的方格布，并采用无极对称铺层，于是：
[0050][0051]
为屈曲点玻璃纤维增强复合材料基板对z轴的惯性矩；
[0052]
为综合系数，综合了约束及其变截面因素，
[0053]
其中，所有参量皆采用国际单位制。
[0054]
借由本发明实施例提供的玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，可以根据原始工况和材料参数，确定出玻璃纤维增强复合材料圆锯片工作时的临界屈曲荷载pncr，如此为玻纤复合材料圆锯片的设计与研制提供了依据，确保圆锯片的力学性能达到要求。
[0055]
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。


技术特征：
1.一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，其特征在于：针对外径d、厚度h、中心孔直径φ、法兰盘直径d的玻璃纤维增强复合材料圆锯片而确认临界屈曲荷载；其中，刀座径向长度为l1；玻纤复合材料中的增强纤维的弹性模量为e
f
、泊松比为ν
f
、体积含量为v
f
；玻纤复合材料中的树脂基体的弹性模量为e
m
、泊松比为ν
m
、体积含量为v
m
；刀座材料的弹性模量为e1、泊松比为ν
m1
；玻璃纤维增强复合材料的密度为ρ；中心孔边缘固定夹紧，切割工作时，锯片角速度为ω，所受法向力分量会使锯片发生面外屈曲，玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载p
ncr
由公式(1)确定：其中:π为圆周率；e
x1
＝e1为刀座材料的弹性模量；为屈曲点刀座对z轴的惯性矩；e
x2
为玻璃纤维增强复合材料基板xy面的弯曲弹性模量，能够由实验测试得到，也能够通过理论计算得到，理论计算的公式如下：e
2l
＝e
fvf
+e
mvm
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)根据锯片的工况，玻璃纤维增强复合材料基板使用纵横纤维相同的方格布，并采用无极对称铺层，于是：层，于是：为屈曲点玻璃纤维增强复合材料基板对z轴的惯性矩；为综合系数，综合了约束及其变截面因素，其中，所有参量皆采用国际单位制。

技术总结
本发明公开了一种玻纤复合材料圆锯片临界屈曲荷载的确定方法，针对外径D、厚度H、中心孔直径Φ、法兰盘直径d的增强复合材料圆锯片；其中，刀座径向长度为L1；玻纤复合材料中的增强纤维的弹性模量为E


技术研发人员：王宝铭 李晓林 边文凤 黄海超
受保护的技术使用者：威海光威复合材料股份有限公司
技术研发日：2022.09.20
技术公布日：2023/3/21