ProE模流分析教程 第五章 材料性质与塑件设计

发布日期:[10-12-17 18:19:19] 浏览人次:[]

现脆性。

  塑料材料承受冲击时,对于凹痕很敏感。尖锐的转角半径会造成应力集中,也会降低其冲击强度,如图 5-9所示。

图5-9  塑料应力集中是其厚度与圆角半径的函数

5-1-5 热机械行为

  热膨胀系数是温度从一特定值上升时,材料尺寸变化的量度。塑料的热膨胀系比金属大5~10倍。温度变化对于塑件的尺寸和机械性质会造成可观的影响,所以设计塑件时必须考虑到使用塑件的最高温度和最低温度。假如使用于大温度范围大的塑件与金属件紧密结合,强度较差的塑件会因热膨胀或收缩而破坏。根据塑件强度及上升温度情况,此破坏可能立刻发生或延后发生,所以设计塑件与金属组件组合时,必须将其尺寸变化的安全裕度列入考虑。

使用于室温以上的塑件应考虑下列因素:

        Ÿ塑件尺寸增长的倾向正比于其长度、温度上升量、及热膨胀系数。

    Ÿ当塑件温度从室温上升时,其强度及杨氏模数会降低,如图 5-5所示。

    Ÿ低模数材料可能会呈现橡胶般的拉伸现象。

  分子链的配向性和添加纤维的配向性会造成塑件尺寸不等向的变化,其在流动方向比截面方向具有更大的热膨胀系数。

当塑件长期存在于高温,应考虑:

    Ÿ存放时承受内应力或外应力的塑件,应考虑潜变和应力松弛。

    Ÿ塑件因分子裂解而变脆。

    Ÿ有些复合物会释放成分。

塑件长期存放于低温时,应考虑因素:

    Ÿ塑件尺寸缩减正比于其长度、温度下降量、及热膨胀(热收缩)系数。

    Ÿ模数上升。

    Ÿ塑件变脆。

5-2  塑件强度设计

  设计塑件时,其破坏性质控制的成功与否,往往取决于对于塑件强度(或劲度)的准确预测。根据塑件承受负荷或拘束条件的不同,可以区分为拉伸强度、压缩强度、扭曲强度,挠曲强度和剪切强度。塑件的强度与材料、几何形状、拘束条件、成形的残留应力和配向性有关。表 5-1列出五种典型的负荷条件及设计者应考虑的材料性质。

表5-1  典型的负荷条件及设计者应考虑的材料性质

负荷条件

设计者应考虑的材料性质

短期负荷

应力--应变行为

长期负荷

潜变

反复性负荷

疲劳

高速和冲击性负荷

冲击强度

极端温度之负荷

热应力-应变行为

5-2-1 短期负荷

  短期负荷是指塑件于搬运、组合、和使用时,偶而施加的负荷,其设计应采用应力-应变图的比例极限值。使用肋或角板等强化结构,可以改善塑件的强度。应考虑使用宽幅的肋,以提升结构强度;增加肋的高度或减小肋的间距也会改善结构强度。另外,在需要的方向添加强化玻璃纤维也可以改善结构强度。

5-2-2 长期负荷

  长期负荷指在比例极限以内,塑件长时间承受高外力负荷,以及塑件在成形和组合制程中造成的高内应力或残留应力。其于设计上应考虑:

    Ÿ使用潜变模数,以避免应力破裂破坏,维持接点紧密结合和塑件功能。

    Ÿ设计压合连接或搭扣连接之组合,以减少组装造成的应力。

    Ÿ使用固定组件(fasteners)以减低应力,强化结构。

    Ÿ设计塑件与塑件接合时,使用几何特征或保留安全裕度,以防止塑件因

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