鋁合金窗壓線受力分析

陳東 呂艷艷

1.MOSER65 鋁合金窗壓線受力計(jì)算

1.1 荷載計(jì)算

設(shè)定窗的尺寸為寬為700mm，高為1600mm，風(fēng)荷載為W=12KN/m2。

則窗受到的風(fēng)壓力：

風(fēng)壓力通過玻璃面板作用在壓線上，假設(shè)壓線的尺寸與窗的尺寸相等，則壓線受到的荷載為：

本次計(jì)算是將壓力P 加到壓線與玻璃接觸的位置，但是事先不知道P 應(yīng)該為多大，故需要計(jì)算不同的值，直到壓線強(qiáng)度接近鋁合金材料的屈服強(qiáng)度，即認(rèn)為該壓力P為壓線能承受的最大壓力，按公式F=P×a×2×（0.7+1.6）可以反算出風(fēng)壓力的大小。

1.2 壓線受力計(jì)算

1.2.1 模型信息

如圖1所示為鋁合金窗固定側(cè)節(jié)點(diǎn)，壓線受力形式可以簡化為如圖2 所示，綠色三角的位置為滑動(dòng)約束，紅色箭頭位置為荷載施加的位置。本文通過有限元分析軟件，設(shè)置約束與荷載，測(cè)試壓線的極限承載力。

圖1 鋁合金窗固定側(cè)節(jié)點(diǎn)

圖2 1039 壓線受力示意圖

1.2.2 材質(zhì)屬性

鋁合金窗的材料為6063-T5鋁合金，其屈服強(qiáng)度為145MPa。

1.2.3 夾具及荷載分布

如圖壓線與框扇接觸部位、端面設(shè)為滑動(dòng)約束（綠色箭頭）,因壓線與框只是接觸部位不能有位移，故在四個(gè)面上設(shè)置滑動(dòng)約束。同時(shí)本次為了方便計(jì)算，選擇了50mm 長的一段壓線來做有限元分析，故壓線兩端也設(shè)置為滑動(dòng)約束；

表1 風(fēng)荷載與壓線受力對(duì)應(yīng)表

表2 材質(zhì)屬性

荷載為表3 中相應(yīng)數(shù)據(jù)，作用位置如圖3（紅色箭頭）所示。

表3 65 鋁合金窗各個(gè)壓線受力匯總表

圖3 1039 壓線夾具及荷載布置圖

1.3 1039 壓線計(jì)算結(jié)果

（1）1039 壓線應(yīng)力分布如圖4：最大應(yīng)力為1.444e+008N/m2，在圖示位置6063-T5 鋁合金窗的屈服強(qiáng)度為1.45e+008 N/m2，滿足安全使用，且說明試算用的荷載9.216KN/m2已是壓線的極限承載力。

圖4 1039 壓線應(yīng)力分布圖

（2）1039 壓線應(yīng)變分布如圖5：最大應(yīng)力為1.444e+008N/mm2，在圖示位置。

圖5 1039 壓線應(yīng)變分布圖

（3）1039 壓線位移分布如圖6：最大位移為0.5126mm。

圖6 1039 壓線位移分布圖

綜上，在9.216KPa 的風(fēng)荷載作用下，1039 壓線的應(yīng)力不會(huì)超過6063-T5 鋁合金的需用應(yīng)力，而變形值為0.5126mm，也是比較小的，但是需要與設(shè)計(jì)師的許用變形值作對(duì)比，不超過許用設(shè)計(jì)值即可。

圖7 2365 壓線受力示意圖

1.4 數(shù)據(jù)匯總

對(duì)65 鋁合金窗用到的所有壓線做同樣的計(jì)算，其能承受的風(fēng)荷載如表3。

用與1039 壓線相同的方法可以計(jì)算出65 系列鋁合金窗的壓線能承受的風(fēng)荷載值。本文采用的窗型是寬700mm、高1600mm 的窗型，綜合上述數(shù)據(jù)，65 系列鋁合金窗壓線能承受的荷載均已超過檢測(cè)用最大風(fēng)荷載（5KN/m2），且在最大荷載作用下的變形量也沒有超過1mm，說明結(jié)構(gòu)合理。

如果想看壓線是否能承受得了玻璃的重量，該表使用示例：假設(shè)現(xiàn)在有一個(gè)700mm，高1600mm 的窗戶，配用1037 壓線，則其能承受的重量為12×0.7×1.6/9.8×1000=1371kg，一般的玻璃重量根本達(dá)不到這么重，可見壓線不會(huì)因玻璃太重而被壓壞。

2.變換窗戶尺寸及壓線系列荷載計(jì)算

為了驗(yàn)證換一個(gè)系列的壓線及更改窗戶尺寸壓線受力還是否能滿足要求，現(xiàn)用75 系列鋁合金窗壓線，窗型尺寸為W=5.65m H=2.4m 和W=6.3m H=2.55m 來計(jì)算。

圖11 2365 壓線位移分布圖

2.1 壓線荷載計(jì)算

窗 的 尺 寸 為 寬w=5650mm，高h(yuǎn)=2400mm 及w=6300mm，高h(yuǎn)=2550mm。風(fēng)荷載如表4。則窗受到的風(fēng)壓力為F=W×w×h；風(fēng)壓力通過玻璃面板作用在壓線上，假設(shè)壓線的尺寸與窗的尺寸相等；則壓線受到的荷載為P=F/［1.2×10^-3×2×（5.65+2.4）］及P=F/［1.2×10^-3×2×（6.3+2.55）］，如表4。

表4 75 鋁合金窗壓線受力匯總表

2.2 變換窗戶尺寸后壓線受力計(jì)算

2.2.1 模型信息

2.2.2 材質(zhì)屬性

鋁合金窗的材料為6063-T5鋁合金，其屈服強(qiáng)度為145MPa。材質(zhì)屬性見表5。

表5 材質(zhì)屬性

2.2.3 夾具及荷載分布

如圖8 壓線與框扇接觸部位、端面設(shè)為滑動(dòng)約束（綠色箭頭）；荷載為表中相應(yīng)數(shù)據(jù)，作用位置如圖（紅色箭頭）所示。

圖8 2365 壓線夾具及荷載布置圖

2.3 6.3×2.55 窗壓線2365 計(jì)算結(jié)果

（1）6.3×2.55 窗壓線2365 應(yīng)力分布如圖8：最大應(yīng)力為1.45e+008N/m2，在圖示位置6063-T5 鋁合金窗的屈服強(qiáng)度為1.45e+008 N/mm2，滿足安全使用，且說明6.525KN/m2已是壓線的極限承載力。

（2）6.3×2.55 窗壓線2365 應(yīng)變分布如圖9。

圖9 2365 壓線應(yīng)力分布圖

（3）6.3×2.55 窗壓線2365 位移分布如圖10：最大位移為0.4703mm。

圖10 2365 壓線應(yīng)變分布圖

2.4 總結(jié)

綜合上述數(shù)據(jù)，75 鋁合金窗壓線能承受的荷載均已超過檢測(cè)用最大風(fēng)荷載（5KN/m2），說明結(jié)構(gòu)合理。

示例：假設(shè)現(xiàn)有一個(gè)寬5.65m、高2.4m 的窗戶，配用壓線，則其能承受的重量為6.895929×5.65×2.4/10×1000=9351kg。

3.結(jié)束語

通過對(duì)7×1.6、5.65×2.4和6.3×2.55窗戶的不同鋁合金窗壓線進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，可以知道，目前鋁合金窗壓線能承受的風(fēng)荷載已經(jīng)是《建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件》（GB/T31433-2015）[1]里邊的最高等級(jí)風(fēng)壓了，所以鋁合金窗壓線的普遍結(jié)構(gòu)還是很安全的，使用者或者銷售人員根本不用擔(dān)心壓線會(huì)被壓變形。