玻璃鋼許用應力計算案例

1、按限定應變準則計算示例設計一個玻璃鋼污水池蓋板，依據(jù)相關氣象資料，十年內(nèi)最大降雪量為37毫米。雪的密度取0.1g*cm-3.1.選材及鋪層設計樹脂選用不飽和聚酯樹脂3301作內(nèi)外表面層。191作強度層，Em=3103MPa；m=1.25g/cm3，m=0.35。增強材料選用中堿正交平衡無捻粗紗方格布和玻璃纖維短切氈。玻璃布單位面積質(zhì)量800g/m2，玻璃布玻璃鋼的樹脂重量含量為35%。短切氈采用纖維d=10m；L=50mm的無紡布；氈布單位面積質(zhì)量450g/m2。短切氈玻璃鋼的數(shù)脂含量為45%。Ef=7.5105MPa；f=2.5 g/cm3；f=0.18。用選擇的樹脂和纖維織物，通過將來制作

2、設備的工人按照工藝制作出大量試樣。試樣在硫酸濃度3%的介質(zhì)中浸泡后測試，拉伸應變在0.105%后產(chǎn)生聲發(fā)射。確定限定的應變值為0.095%。鋪層的層間結構采用內(nèi)防腐蝕層-過渡層-強度層-外防腐層的鋪層。內(nèi)防腐蝕層樹脂含量80%，厚度1mm，表面氈增強；過渡層樹脂含量60%，厚度2mm，短切氈增強；強度層由玻璃布和短切氈的單層板交替鋪疊；外防腐層的樹脂含量80%，厚度1mm，表面氈增強。2. 幾何設計Di=10000mm。由此依據(jù)工程經(jīng)驗及業(yè)主要求計算出直徑10000 mm的弧形蓋板高度：3.單層板參數(shù)計算玻璃布單層板用膠量：單位面積單層板的樹脂用量如下：Wsm=WfWm1-wm=8000.35

3、1-0.35 Wsm=430 g/m2玻璃布單層板厚度：t=Wff+WfWm1-Wmm=80010-42.5+80010-40.351-0.351.25t=0.032+0.034cm t =0.66mm這里計算時應該考慮數(shù)據(jù)的物理意義，便于理解。玻璃纖維貢獻了0.32的厚度，樹脂貢獻了0.34的厚度。說明施工技能很重要，一方面樹脂要刷平、按照單位面積單層板的樹脂用量刷夠；另一方面不能用太大的力碾壓纖維織物，否則單層板的下部玻纖含量高，上部樹脂含量高。玻璃布單層板纖維體積分數(shù)：Vf=mMfmMf+fMm=1.250.651.250.65+2.50.35 Vf=0.48，按平衡布特性，縱橫向 Vf

4、L= VfT=0.24玻璃布單層板樹脂體積分數(shù) Vm=1-Vf=0.52短切氈單層板的樹脂用量：Wsm=WfWm1-wm=4500.51-0.5 Wsm=450 g/m2短切氈增強單層板厚度：t=Wff+WfWm1-Wmm=45010-42.5+45010-40.51-0.51.25 t=0.018+0.036=0.052cm =0.52mm短切氈單層板體積分數(shù)：Vf=mMfmMf+fMm=1.250.501.250.50+2.50.50 Vf=0.33短切氈增強層單層板的樹脂體積分數(shù) Vm=1-Vf=0.674.玻璃布單層板的設計應力單層板的縱向彈性模量：EL=EfVfL+EmVm=7.51

5、040.24+31030.52 =1.8104+1.56103=19560MPa從上式數(shù)據(jù)可見纖維的貢獻是樹脂的10多倍，原則上縱向彈性模量只用縱向纖維體積分數(shù)，但是樹脂卻都作了貢獻，所以樹脂使用全部的體積分數(shù)。單層板的橫向彈性模量：1ET=VfLEf+VmEm=0.2475000+0.523000 ET=5660 MPa 則主應力方向的彈性模量：E1=KfLEL+ET=0.9519560+5660= 23959MPa現(xiàn)在很多都認為纖維布的波紋對強度的影響并不用考慮，但它確實是存在的。在這個計算中樹脂的作用出現(xiàn)了重復計算的情況，從單向受力的情況考慮，推到力學模型的時候確實應該全部樹脂體積分數(shù)都

6、應該計算。但是作為正交織物單層板，簡單的力學分析在此已經(jīng)無能為力了。當限定應變?yōu)?.095%時，單層板允許的最大應力：1=E1=239590.095%=22.76MPa在限定應變下的安全系數(shù)：按K=K1K2K3K4K5計算。K1、K5因為樣塊成型與設備成型及工藝都相同計為1，這完全與工廠工人的操作一致性和工人間的操作技術差異決定的，工藝、工序卡片執(zhí)行的嚴格程度，原料品質(zhì)和數(shù)量、配比控制都是這些關于工藝的安全系數(shù)大小的主要影響因素。每一個工步的誤差是可實測的，這個誤差就是這個工步的安全系數(shù)，所有工步的安全系數(shù)就構成了工藝操作的安全系數(shù)。K2因為限定應變值小0.095%，玻璃鋼的蠕變性低，蠕變影響

7、安全系數(shù)取1.3，這僅比蠕變影響安全系數(shù)最低值1.2多那么一點點，主觀因素較大。正確的做法是將設計復合材料進行蠕變試驗，根據(jù)試驗結果選定。K3在設計溫度為40，樹脂的熱扭變形溫度70條件下，查圖 選擇1.1；玻璃鋼蓋板因受腐蝕承受交變載荷疲勞，這與使用周期有關，假設每天交變兩次。設備壽命10年，每年300天工作計，則總交變次數(shù)=103002=6000次，查圖得交變載荷影響系數(shù)K4=1.3.K=K1K2K3K4K5=11.31.11.31=1.86單層板的設計應力為：22.76:1.86=12.24MPa5.短切氈單層板的設計應力短切氈單層板的彈性模量由Halpin-Tsai半經(jīng)驗公式計算。先計

8、算各項系數(shù)。EfEm=7.51043103=251=Ef/Em-1Ef/Em+2L/d=25-125+251010-4=2.410-32=Ef/Em-1Ef/Em+2=25-125+2=0.89第一向彈性模量 E1=Em1+2Ld1Vf1-1VfE1=31031+251010-42.410-30.3331-2.410-30.333=27215 MPa第二向彈性模量E2=Em1+22Vf1-2Vf=31031+20.890.3331-0.890.333 E2=6791 MPa短切氈增強的彈性模量：E=38EL+58ET=3827215+586791 E=14450 MPa取計算安全系數(shù)1.1。則計算彈性模量=144501.1=13136 MPa當限定應變?yōu)?.095%時，單層板允許的最大應力=131360.095%=12.48MPa在限定應變下的安全系數(shù)：K=K1K2K3K4K5。與玻璃鋼的基本一致，只是由于短切氈的樹脂用量相對較大，短切氈蠕變性也較大，所以蠕變影響安全系數(shù)取1.6；總安全系數(shù)： K=K1K2K3K4K5=11.61.11.31=2.288短切氈單層板的設計應力為12.482.288=5.45 MPa對以上整個過程仔細體會，會發(fā)現(xiàn)彈性模量計算時數(shù)值達到上萬，然后按限定應變計算應力時數(shù)值變小很多，說明彈性