单向玻璃钢斜管填料拉伸性能

当玻璃钢中的玻璃纤维全部铺放在同一个方向上时，称为单向玻璃钢。对于它的主向弹性模量和拉伸强度，按照混合律来估算，在第一主向上与试验结果比较符合。第二主向上的试验数据还比较少，尚难对比。先分析第一主向的拉伸性能。玻璃纤维在树脂中的分布一般有正方形阵列、正六角形阵列和随机分布阵列等，如图3-2所示。正方形阵列正六角形阵列随机分布阵列图3-2玻璃纤维在树脂中的分布为了计算上的方便，我们取正方形阵列作为估算依据。以一根纤维及其相应的树脂面积作为一个分析单元，如图3-3（a所示，同时又把近圆形的纤维截面再简化为矩形，利用对称性取其中的四分之一进行计算如图3-3（b）所示。当沿着纤维方向作用着应力oL时，玻璃纤维上所受的应力与树脂上所受的应力可以按照一个受拉的超静定结构的分析方法进行分析。如果不计及纤维与树脂的不同横向变形（即泊松比）的影响，那末可以很简单的求出纤维上的应力和树脂上的应力以及玻璃钢的弹性模量。

从第二章已经知道，玻璃纤维的拉伸应力应变曲线直到破坏是线性的，常用的几种树脂浇铸体的拉伸应力应变曲线也是线性的，而且它的延伸率低于玻璃纤维的延伸率，另外由于树脂的固

化收缩，使它在玻璃钢中能利用的延伸率还低于浇铸体的延伸率。强度试验也证明，玻璃钢的破坏常常先是树脂开裂，然后再是纤维的断裂。在树脂开裂以前，可以玻填纤续用（3·2-1）式来估算玻璃钢的弹性模15量。至于玻璃钢的极限强度，则不能用（e）式估算，如用树脂的极限强度作为估算根据，则由于纤维没有断裂/止ぐ名10玻编制而使估算之值偏小，如用玻璃纤维的A2526

极限强度作为估算根据，则由于树脂X5已开裂而使估算值过高。取一个折中的办法，认为树脂的开裂是随机分布的，不太会都出现在同一个截面上，即使树脂已开裂，但未开裂部分树脂还能传递荷载，假设树脂在玻璃钢破坏前是完全塑性的，这样，估算玻璃图.3-4玻璃钢的应力应变曲线钢极限强度时用式中oc，oR依次表示玻璃纤维和树脂的极限强度。这样的估算与试验结果比较符合。按（3·2-1）及（3·2-2）式，并取E。=7×105公71斤/厘米和Eg=3.5×101公斤/厘米及oa=16000公斤/厘米和oR=500公斤/厘米·估算的单向玻璃钢的第一主向弹性模量EL和第一主向强度o2随树脂含量4的变化如图3-5所示。

单向玻璃钢的另一个弹性常数，泊松比Lr也可从此求出，近似地写成HLT=HGFo+HR(1-FG)（3·2-3)由于没有测过玻璃纤维的泊松比，借用了块玻璃的泊松比值（=0.22），树脂浇铸体的泊松比值也测得不多，取=0.37，用上二个μ值，将HLr与树脂含量的关系也绘于图3-5中。如果计及玻璃纤维和树脂的泊松比不同，也可以使用图3-3这个简化图，只是受力情况比较复杂。整个单元体根据受力的特点，需要分成三个部分：即纤维部分；和纤维接触的树脂部分；和树脂部分。各个部分都有三个主向应力。略去计算的步骤，叙述一下计算的结果，在二个树脂部分中的第一向应力差，最多不超过树脂应力的5%或纤维应力的0.25%，其他二个主向的应力也不超过树脂应力的10%。所以用（3·2-1）（3·2-2）（3·2-3）三个式子作为性能估计是足够精确的。

单向玻璃钢的第二向拉伸性能，即当受力方向与纤维垂直时的性能，也可以采用图3-3的简化来估算。同样，不考虑纤维和树脂的泊松比不同的影响，其力学模型如图3-6所示。在这个分析中，我们采用了二种假设：第一个假设是纤维和树脂界面上应力相等的等应力假设；另一个是纤维和树脂界面上应变相等的等应变假设。前者保留着应变不相容，即aa面左右二面的应变不相等；后者保留着应力不相容，即bb面上下二面的应力不相等。

从等应力假设，仍按超静定结构的分析方法进行计算。先写出静力平衡条件：

在估算时，甚至可以用更简单的形式Er=E/（1-F。）仍按E。=7×105公斤/厘米，Ea=3.5×108公斤/厘米，绘出单向玻璃钢第二主向弹性模量与树脂含量的关系，如图3-7所示。

也绘于图3-7中。

单向玻璃钢的第二向极限强度主要取决于玻璃纤维与树脂间的粘结强度，它受着树脂本身性能和玻璃纤维表面处理工艺的控制，一般来说，它的最大值不会超过树脂本身的强度值。用上述的

等应变假设时，估算的第二主向强度在界面粘结很好的条件下等于树脂本身强度。用上述的等应力假设时，则稍小于树脂的强度即[这样的估算是粗糙一点，下面用等应力假定作稍深入一点的分

析，仍取矩形阵列作为计算依据而将纤维截面形状作为圆形处理如图3-8所示。取一单元条dx来看，树脂上受的应力oy与纤维上的应力和界面上的应力是一致的，各单元条的应变是一致的，只

考虑单向应力而不计横向效应，这样把问题简化了。令单元体的平均应力为oz，应变为er。