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玻璃钢拱形盖板,疲劳性能
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恒德环保科技

时间 : 2022-04-02 00:33 浏览量 : 104

玻璃钢拱形盖板,疲劳性能

大多数结构元件常常受到随时间按某种规律周期性变化的荷载的作用,这种荷载称为重复荷载或交变荷载。工程材料在交变荷载作用下,虽然荷载产生的最大应力远低于材料的静强度极限,仍然会导致材料的破坏,这种现象称为疲劳。目前试制的玻璃钢产品,已出现了疲劳破坏现象。一些玻璃钢运动器材如撑杆、跳水板、弓等经反复使用后,也会发生折断,对这类频率较低的交变荷载疲劳称为低频疲劳,另一类玻璃钢产品如发动机叶片、飞机螺旋桨、直升机旋叶等,它们承受的交变荷载频率较高,这时的疲劳称为高频疲劳。结合我所的设备情况,下面提供的资料是60周左右的情况。

表4-3给出几种玻璃钢的疲劳极限值。对金属材料,一般以交变10次作为确定疲劳极限的标准。在玻璃钢中能否用这个交变次数作为标准,尚需进一步研究。从E42环氧玻璃钢的拉压交变(r=-1)和脉动交变(r=0)的o-N曲线来看(图4-2),在N=10’时,疲劳强度仍在下降。但从E51环氧和306聚酯玻璃钢的拉压交变o-Ⅳ图看(图4-3),在N=10次后,基本不变,为了节省时间,暂时用N=5×10°次作为决定玻璃钢疲劳极限的标准。图4-4到图4-6分别绘出几种玻璃钢在N≤5×10°次下的a-N图。

为了得到疲劳极限的全图,常以平均应力平〔o平=(o最大+Ơ最小)/2〕为纵坐标,以应力振幅幅o幅=(最大-0最小)/2为横坐标,绘出疲劳极限的平~o幅图如图4-7所示。0平=0的点对应于对称循环的疲劳极限0-1,图4-7 300-400号环氧玻璃钢的0平-0幡图幅=0的点即为静荷强度+1,在平=0幅线上的点相当于脉动循环的疲劳极限o。(图中的D点)。在一般情况下,用这三个实

测疲劳极限,构作疲劳极限图。从对称循环的疲劳极限-1(图中的A点)到脉动循环的疲劳极限o。作一直线,从静荷强度o4:(图中的C点)向左作一45°线,与上一条线相交得出折线ABC,

这就是疲劳极限图。也有更简单的作法,即直接从o-1到o:作直线如图中的AC线。从图4-7看,这二种作法都是偏安全一边的。对玻璃钢来说,内阻尼较大,在高频疲劳试验中,有较大的热量发生,试件表面温度可达60℃以上,对对称循环更为激剧,进行对称循环疲劳所得的o-值往往偏低,从图4-7看,似乎也可以用0。和o。的连线作为疲劳极限图,用这两点绘了648环氧玻璃钢和

E42玻璃钢的疲劳极限图,如图4-8所示,如用0-1,041连线则不偏于安全一边。图4-8 648环氧玻璃钢和E42环氧玻璃钢的0平-0幅图曾用自由衰减法对648环氧玻璃钢制成的叶片振动时振幅的对数衰减率进行了测定,为了对比,也对LY2铝合金做成的相同叶片进行了测定,两种材料在不同应力水平下的对数衰减率的变化曲线如图4-9所示,玻璃钢的消振性能是好的。

疲劳破坏可以认为是在材料内的裂缝形成和扩展的过程。对玻璃钢这类复合材料来说,问题更为复杂,一般说来,破坏首先开始于树脂和纤维界面的个别点上,此时可听到轻微的响声,这时在材料内已形成了微裂缝,然后,这些裂缝沿着纤维方向在树脂中扩展,如发生在表面上,则在试件上可观察到白色点子,对薄试件,在灯光透射下也可见到不透明的小区域,这些裂纹的进一步扩展,将使部分纤维断裂,裂纹扩展到相邻的另一个纤维和树脂的界面上,或者出现较大区域的分层脱胶,这时试件的承载图4-9 648环氧玻球钢叶片和LY2铝合金叶片在不同应力水平下的对数衰减率能力下降,阻尼增高,振幅减小,频率降低,最后导致大量纤维断裂或大区域的分层而破坏。整个疲劳破坏的过程是较长的,裂缝开展速度较慢,有资料介绍,测知初始破坏以后,玻璃钢叶片尚能安全工作200小时以上,而金属叶片只能安全工作十个小时左右。这便于我们用比较不十分精密的设备进行监护和检查以保证产品的安全工作,例如用频率改变的监护。在金属材料中常以

频率下降1%作为疲劳破坏的标准,这个指标对玻璃钢来说不尽恰当。图4-10是二根实测的频率变化曲线,第一根试件在试验开图4-10疲劳次数与频率变化图始阶段,频率有所下降,然后渐趋稳定,在较长时间内不再下降,最后在邻近破坏前激剧下降。第二根试件从试验一开始,频率就不断下降,但还能继续承载,直到振了几十万次以后才出现频率的大幅度下降而破坏。

玻璃钢疲劳强度的切口敏感性较小,大多数金属材料在有切口时仅保留30~50%的疲劳强度,有资料介绍,玻璃钢却能保留80~90%的疲劳强度。

总起来说,在常用的环氧、聚酯和酚醛玻璃钢中,环氧玻璃钢具有最佳的疲劳强度,这主要是环氧树脂与玻璃纤维有很好的粘结附着性能,环氧树脂的固化收缩小而不会产生过大的内应力的缘故。聚酯树脂的粘结性较差,而酚醛树脂则较脆。在设计承受着交变荷载的产品时,多采用环氧玻璃钢,如果交变荷载的成分较大,则希望采用强度较高韧性较好的环氧树脂,如300—400号环氧树脂等。


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