电力玻璃钢管,薄壁圆筒的失稳试验

几年来，曾对纤维缠绕玻璃钢复合材料的弹性常数同树脂的弹性常数、树脂含量、增强材料的弹性常数，增强材料的排列角度等因素之间的关系，进行了研究[11]，从而促进了纤维缠绕玻璃钢圆筒临界失稳压力的研究工作。由于缠绕玻璃钢圆筒是由许多缠绕层组成的，于是在推导复合材料的弹性常数时，也就可以先从一个纤维层着手。因为玻璃纤维和树脂实质上都是各向同性均质材料，而且服从一般各向同性均质材料的普遍规律，因而推导出一层的各向异性复合材料的弹性常数是可能的[111。在计算过程中，为了简化起见，假设树脂的应力应变关系服从虎克定律。这个假定并不完全符合实际。但是，应力-应变曲线的开始部分近似于直线。因此，在低应力状态下所预计的弹性常数还是比较准确的。由于薄壁圆筒发生屈曲时的压应力本来就比较低，因此，根据上述假定条件算得的弹性常数对于临界失稳压力的预测将是满意的。对于各向同性均质薄壁圆筒来说，计算临界失稳压力的公式为（12）：

其中PcR——临界失稳压力，磅/时2；

E——弹性模量；

μ——泊桑系数；

t――壁厚；

ァ――管子半径。

根据G.Pickett的建议，用一个表示纤维缠绕圆筒环向刚度的参数giG'替换上式的弹性参数，可得：PoR=1 (g11 G') 

这个方程式把临界失稳压力同玻璃钢圆筒的原材料（树脂和璇璃纤维）性能联起来了，并且已经用来预计薄壁玻璃钢圆筒的临界失稳压力，结果如图8-16和8-17所示。上述圆筒是按螺旋形绕型缠绕的。当然，纤维的配置应当是平衡的，即右螺旋纤维数和左螺旋纤维数应当相等。

图8-16和8-17是根据制造玻璃钢圆筒原料的性能预计的失稳压力绘制的，其原材料性能如下：（1）玻璃纤维：拉伸弹性模量为10×106磅/时2，泊桑比为0.2；（2）粘结剂：由DER331环氧树脂和间苯二胺组成，其拉伸弹性模量为0.4×10磅/时2，泊桑比为0.34。图8-16表示缠绕角对临界失稳压力的影响；图8-17表示树脂含量对临界失稳压力的影响。这两个图可供纤维缠绕玻璃钢圆筒设计使用。然而，图8-18更简捷，图上的g11G'值可直接代进计算公式里。若圆筒采用了几种缠绕角，只要知道其重量分配，上述刚度值仍可使用。

例如，纤维缠绕玻璃钢圆筒的r=0.05，树脂含量为50%，缠绕层次为2层环向，1层纵向。玻璃纤维和树脂的弹性如前述。试计算其临界失稳压力。从图8-18得到环向和纵向的g11G’值分别为5.2×106和1.2×105，若刚度值是按增强材料的同一比ちく例来分配，则g1G'的平均值为3.9×106。把这个平均值代入前述公式，即：

应当指出，只有在下述条件下，前述公式的预测结果才比较精确。这些条件是：1.圆筒是薄壁的，r值不得大于0.15。2.圆筒的壁厚比较均匀。

3.树脂含量均匀且已知。

4.所研究的圆筒横截面不受封头或扩大截面的影响（该段长度通常不小于直径的9倍）。

在测定外压管子的临界失稳压力时，在管子外面施加压力的同时，还必须使管子里的空气能从预留孔排出来。为此，可把玻璃钢圆筒两头封起来，放在一个大的钢容器内，钢容器内充满水。

试验时先把钢容器密封好，然后一面恒速加水，一面记录升压速度。在临界失稳压力点之前，升压速度与加入水的体积成正比。在临界失稳压力点之后，玻璃钢圆筒的断面发生变化，体积逐渐收缩，因而升压速度随之下降，如图8-19所示。曲线上的一个重要点是位于直线段上的最高压力点。曲线的其它部分还要受一些与试验本身无关的因素的影响。