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玻璃钢的价格,设计数据性能
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恒德环保科技

时间 : 2022-03-30 06:12 浏览量 : 105

玻璃钢的价格,设计数据性能

纤维缠绕制品出现以来,一直都在进行纤维缠绕玻璃钢物理性能的研究工作。这里,我们要讨论一些比较通用的数据。各种材料的性能见表7-6。在纤维缠绕环氧玻璃钢制品中,其环向极限抗拉强度现已有高于1.5×105磅/时2的。这类容器的比强度不小于1.8×105时。主要荷载是玻璃纤维承担的,其抗拉强度平均为3.2×10磅/时2。

树脂含量(重量)为20%(体积含量为35%)如图7-3所示。如果纤维缠绕容器是由低螺旋缠绕层和环向缠绕层组成,从实际的爆破试验结果来看,环向缠绕的纤维破坏强度比螺旋缠绕高25%左右。强度不等的原因是:

(1)纤维在椭球封头上彼此交叉,排列得不够理想;

(2)从封头的切点开始,曲面的曲率半径不断改变。实际上,最好的结构设计是使所有纤维在相同的应力下工作和具有同一密度。玻璃纤维和金属丝相比,前者的比强度比后者高得多(2),

成比却比后者低。经验表明,玻璃纤维在火箭发动机壳体的发展中起了很重要的作用。当然,只有单喷管的纤维缠绕玻璃钢壳体的效率才是最高的,而多喷管的(如四喷嘴发动机),或者具有反向推力喷管(thrust reverser ports)的结构,其结构效率必然有所降低。

原因是:(1)多开口壳体实际上是绕好后再开口的,因而在切断纤维的地方额外附加了一部分增强材料;(2)如果不采用后开口的办法,那么为了绕过开口,线型就必然受到影响,使得壁厚增加。但是,尽管如此,如果按总重量计算,玻璃钢壳体的比强度仍比其它材料高得多。在采用E玻璃无捻粗纱(抗拉强度为2~2.5×105磅/时2)缠绕火箭发动机壳体时,其壳体环向玻璃纤维的理论强度至少不低于1.7~2.1×10磅/时2。如果按玻璃钢复合材料计算,同时还考虑到缠绕或原材料处理过程中的某些不足,其环向强度只有0.8~1.3×105磅/吋2。纤维只能沿其本身的长度方向承受荷载,而玻璃钢里的纤维,其各部分总是按着不同方向排列的。在典型的火箭发动机壳体的圆筒部分上,环向与纵向的应力比为2:1。因而纵向纤维数至多只能占总数的三分之一,而环向则占三分之二。关于玻璃钢壳体的双向抗拉强度和纤维强度之间的关系,尚缺乏认识,这是由于对纤维和整体结构在双轴荷载作用的某些性能之间的关系不够清楚。

市场上出售的E玻璃无捻粗纱,其弹性模量为12.5×10磅/时2;玻璃钢圆筒的环向弹性模量可达到9×10°磅/时2,轴向弹性模量为3~6×10°磅/时2缺陷玻璃钢容器上有缺陷,容器的强度和性能一般都要降低。因此,设计时安全系数的取值范围较宽(1.1~12.5)。产生缺陷和引起强度降低的原因很多,例如,树脂含量变化,排线不均,纤维在处理时断裂,缠绕张力不均匀或不理想等。

玻璃钢圆筒形容器的爆破试验表明,其极限强度可达到1.5×10磅/时2,比强度为2.1×10时。使用单向强度相同的纤维,密度也相同的球形容器,理论上是能够缠出来的,其比强度只有1.6×10时。不难看出,圆筒形比球形似乎更有效。这主要是球形容器的纤维排列不好,而且也无法采用效率最高的螺旋形缠绕。

等张力结构(或扁椭球体)的比强度近似于2.1×106磅/时2。树脂含量过多或纤维排列不好[13),会使比强度降低。目前,某些火箭发动机壳体的玻璃钢强度(环向),其设计值只有0.8×10磅/时2,安全系数为1.25。设计应力取得这样低,主要是由于在多开口壳体上(先缠好,后开口),许多纤维被切断,结构能力降低[1]。为了保证壳体的高度可靠性,必须对成品壳体进行大量的检验。某些试验结果表明,上述壳体的极限强度已超过设计值(0.8×105磅/时2)。这就可以减少必要的试验数目。举一个例子,假定在一个导弹系统中,部件被加速到260G●。为了保证99.5%的置信限,在10,000个部件中只允许有一个破坏。但是,如果部件经过某些改进后能承受3,000G而没有任何后期尺寸改变的话,那么在10,000次试验中将允许发生300次破坏,而且在260G●时的置信限仍为99.5%。除了可以根据大量的发动机壳体的破坏性检验来建立满意的置信限以外,从前还要求对所有壳体都进行压力检验,常用的是水压检验,其检验压力值通常是爆破压力的80%。循环疲劳检验实质上已不再采用,因为这类检验会使爆破强度大大降低。单向环(NOL环)试验对于标准尺寸的或者稍加修改的单向环试件,其玻璃钢的抗拉强度可达2.0~2.8×105磅/时2[251。

如果把上述试件在沸水中浸泡12小时后再做试验,强度将降低一半[281。如果玻璃钢(E玻璃纤维)未经浸泡,其抗拉弹性模量为7~9×105磅/吋2。试件不浸水时,其抗弯强度为1.9~2.3×105磅/时2,浸水后强度降低很多,例如,在没浸水时是2.3×105磅/时2,浸水后只有1.8×105磅/时2。如果把试件煮沸12小时,则强度为0.6~1.8×105磅/时2。玻璃钢的抗压强度为1.7~1.85×105磅/时2,而压缩模量为7.1~7.5×106磅/时2。水平剪切强度为1.0~1.2×10“磅/时2,经煮沸6小时后,则降至0.8~0.9×109磅/吋2。


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