玻璃钢工艺---金属-缠绕玻璃钢复合发动机壳体

最好的结构是单一的纤维缠绕玻璃钢结构。但是，在研究这种最佳结构过程中，遇到了一些困难。例如，在制造装配式大型火箭发动机壳体时，就遇到了厚壁结构中玻璃纤维的张力不匀问题和各段之间的联接问题。在合适的缠绕方法和缠绕机研究出来之前，为了解决这个问题，采取了一项临时性措施：在均质的金属圆筒上缠绕环向玻璃纤维。实践表明，该法可提高火箭发动机壳体的比强度[191。

为了上述目的，曾用缠绕环向纤维的方法增强了钢壳体和钛合金壳体。在设计这种复合壳体时，一般只使其适应于薄膜应力、弯曲应力和屈曲应力，并使纤维缠绕玻璃钢层承受总环向应力的一半。缠绕方法和设备都与纯纤维缠绕玻璃钢壳体中使用的方法和设备相同。为使这种混合结构有足够的刚度和可靠性，金属材料的设计应力应高于屈服点。这对充分利用玻璃纤维增强材料的高强特性来说，也是非常重要的。上述混合结构的力学性能与金属材料的强度有关。图7-14指

出了金属材料的双轴屈服强度对这种混合结构的强度和密度的影响（金属材料经过热处理，屈服强度为1～4×105磅/时2）。必须指出，随着金属材料热处理后强度的提高，上述复合材料强度

的增长速度（曲线的斜率）逐渐降低。各种金属-玻璃钢复合火箭发动机壳体的力学性能见表7-4。

典型的复合材料试样如图7-15所示。钢筒直径为18.25时，用锻造和机械加工方法制成，有两道环向焊缝，所用钢材的牌号是D6aC；每层E玻璃纤维无捻粗纱的厚度为0.007时，共7层，树脂的牌号是Dow135环氧树脂。这种试样试验时可保证环向和纵向同时爆破。这种设计方案的理论应力-应变曲线如图7-16所示，理论压力-应变曲线如图7-17所示。

另一个试验性运载工具是“麻雀”导弹的火箭发动机，直径8时，结构如图7-18所示。金属圆筒是由含25%镍的合金钢制成的，缠绕玻璃钢由五层HTS无捻粗纱组成，每层厚度为0.007时，所用树脂为Dow332环氧树脂。这种发动机是按环向发生爆破设计的，其理论上的应力-应变曲线和压力-应变曲线分别如图7-19和7-20所示。

这些曲线都指出，当卸去检验压力时，缠绕玻璃钢层将沿着基本上与初始弹性模量线相平行的残余应力线（lino offset）松弛下来，这势必达到一个新的平衡状态，即钢材所承受的压缩荷载和

玻璃纤维增强材料承受的拉伸荷载相平衡。压力-应变曲线指出：在钢材达到屈服点以前，随着内压荷载的增加，两种材料都按比例地增加其应力；然而，超过钢材屈服点以后，钢壳的应力保持

不变，玻璃钢所承受的荷载，却直线增加，其值与它的弹性模量有关。这样一来，在上述的压力-应变曲线上，当钢壳达到屈服应变点时，复合结构的承载能力（压力）将为钢壳的承载能力和

这个应变值下的玻璃钢承载能力的总和。超过这一点以后，复合结构的压力-应变曲线将沿着与玻璃钢（E玻璃纤维或HTS玻璃纤维）的压力-应变特性相平行的曲线上升，直到检验压力或爆

破压力。