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4.3 單層板和層合板性能4 3.1 纖維增強(qiáng)塑料設(shè)備和管道的纖維增強(qiáng)塑料單層板力學(xué)性能宜通過(guò)鋪層實(shí)測(cè)法確定，當(dāng)采用鋪層計(jì)算法時(shí),玻璃纖維增強(qiáng)塑料單層板性能應(yīng)符合下列規(guī)定.1 單層板材料的力學(xué)性能應(yīng)按表4。3.1,1取值、表4。3.1.1,玻璃纖維增強(qiáng)塑料單層板材料的力學(xué)性能.注.1.表中ξ為玻璃纖維布的經(jīng)向占總纖維質(zhì)量的比例 2,表中θ為纏繞角 代表纖維纏繞方向與筒體或管道軸向x的夾角。2,纏繞角度與纖維纏繞層環(huán)向和軸向單元拉伸模量宜按表4 3.1，2取值，表4 3。1，2。纏繞角度與纖維纏繞層環(huán)向和軸向單元拉伸模量3.纏繞角度與纖維纏繞層泊松比宜按表4 3，1。3取值 表4，3,1 3 纏繞角度與纖維纏繞層泊松比、注。1，x為筒體或管道軸向.y為筒體或管道環(huán)向 2。泊松比vyx是計(jì)算由y方向應(yīng)力引起的x方向應(yīng)變，泊松比vxy是計(jì)算由x方向應(yīng)力引起的y方向應(yīng)變,4.單層板的玻璃纖維質(zhì)量含量應(yīng)符合下列規(guī)定，1，短切原絲氈宜為25 35。2.纖維布宜為45,55、3，纖維纏繞紗宜為60,75、4.3,2 纖維增強(qiáng)塑料層合板的力學(xué)性能參數(shù)可按層合板理論的鋪層計(jì)算法或鋪層實(shí)測(cè)法進(jìn)行計(jì)算,并應(yīng)符合下列規(guī)定,1 當(dāng)缺少實(shí)測(cè)參數(shù)或歷史數(shù)據(jù)時(shí)。應(yīng)采用下列鋪層計(jì)算法計(jì)算。1,層合板的單元拉伸剛度和單元拉伸強(qiáng)力應(yīng)分別按下列公式計(jì)算。式中,X1am,層合板的單元拉伸剛度.N、mm U1am，層合板的單元拉伸強(qiáng)力.N、mm.ni 第i單層板的層數(shù)，Wi 第i單層板的纖維單位面積質(zhì)量。kg。m2 Xi 第i單層板的單元拉伸模量。N。mm，kg，m2.采用纖維纏繞層，當(dāng)纏繞角小于15，計(jì)算環(huán)向拉伸模量時(shí)，應(yīng)取值為0。當(dāng)纏繞角大于75、計(jì)算軸向拉伸模量時(shí)、應(yīng)取值為0。Ui。第i單層板的單元拉伸強(qiáng)度.N、mm kg。m2 2.層合板的拉伸模量應(yīng)按下列公式計(jì)算，式中 E1am。層合板的拉伸模量。MPa,td，層合板的結(jié)構(gòu)層計(jì)算厚度 mm ti,第i層單層板的結(jié)構(gòu)計(jì)算厚度。mm.mg 第i層單層板的纖維質(zhì)量百分含量值、Wi,第i單層板的纖維單位面積質(zhì)量。kg、m2,ρr 樹(shù)脂固化后的密度、kg、m3.ρg.纖維的密度。kg.m3。3、層合板的彎曲模量應(yīng)按下列公式計(jì)算，式中.Eb 層合板的彎曲模量。MPa，Wi、第i單層板的纖維單位面積質(zhì)量，kg、m2.Xi 第i單層板的單元拉伸模量 N mm。kg m2、hi.第i層單層板的中心與層合板中心，圖4,3.2 的距離 mm,h0,層合板的中性面與層合板中心的距離 mm.圖4,3.2。第i層單層板的中心與層合板中心的距離hi示意圖 2、當(dāng)采用鋪層實(shí)測(cè)法時(shí)、單層板和層合板性能檢測(cè)應(yīng)符合下列規(guī)定.1,試驗(yàn)樣板應(yīng)按設(shè)計(jì)鋪層制作，每個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目的加工試樣不應(yīng)少于15個(gè),2。單層板和層合板性能檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)符合表4 3、2、1的規(guī)定 表4，3,2.1。單層板和層合板性能檢測(cè)項(xiàng)目、注,表示應(yīng)檢項(xiàng)目、表示宜檢項(xiàng)目、表示無(wú)需檢測(cè)項(xiàng)目 3,試樣數(shù)據(jù)的置信度應(yīng)按下列公式計(jì)算。式中,J1am,預(yù)設(shè)鋪層性能的典型值。J、預(yù)設(shè)鋪層實(shí)測(cè)性能的平均值，t，t分布臨界值 可按表4、3，2,2取值。s、標(biāo)準(zhǔn)偏差、J。實(shí)測(cè)數(shù)值，N、試樣數(shù)量、表4 3，2.2.t分布臨界值。設(shè)備設(shè)計(jì)安全系數(shù)與許用應(yīng)變4.3，3 設(shè)備力學(xué)性能的設(shè)計(jì)安全系數(shù)確定應(yīng)符合下列規(guī)定，1 設(shè)計(jì)安全系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算。式中，K。設(shè)計(jì)安全系數(shù) 不得小于6。0、F，屈曲安全系數(shù).不得小于4.0 K1.材料性能的試驗(yàn)和驗(yàn)證分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)、K2 化學(xué)環(huán)境的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù) K3,設(shè)計(jì)溫度和樹(shù)脂熱變形溫度，HDT 影響的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)。K4。層合板長(zhǎng)期性能的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)、2 當(dāng)無(wú)法確定分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)安全系數(shù)不得低于10，0 屈曲安全系數(shù)不得低于5 0.4.3、4 材料性能的試驗(yàn)和驗(yàn)證分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)K1的取值應(yīng)符合下列規(guī)定.1、當(dāng)設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能值采用鋪層計(jì)算法確定 單層板性能采用本規(guī)范表4 3.1、1中的性能值時(shí)。K1的取值應(yīng)符合下列規(guī)定,1。當(dāng)有18個(gè)月內(nèi)制造同類(lèi)層合板設(shè)計(jì)的產(chǎn)品業(yè)績(jī) 并有可接受的該產(chǎn)品性能的歷史數(shù)據(jù)時(shí) K1應(yīng)取2，0.2、當(dāng)有12個(gè)月內(nèi)制造同類(lèi)層合板設(shè)計(jì)的產(chǎn)品業(yè)績(jī)、并有可接受的該產(chǎn)品性能的歷史數(shù)據(jù)時(shí),K1應(yīng)取1。5，3.當(dāng)有12個(gè)月內(nèi)制造同類(lèi)層合板設(shè)計(jì)的產(chǎn)品業(yè)績(jī)，并對(duì)單層板性能采用5個(gè)數(shù)據(jù)一組的試驗(yàn)驗(yàn)證、獲得5個(gè)試樣的平均值和去掉5個(gè)試樣中最大值.最小值后的3個(gè)試樣的平均值。兩個(gè)平均值的小者應(yīng)大于本規(guī)范表4、3.1 1中的性能值時(shí) K1應(yīng)取1,3，4 當(dāng)有12個(gè)月內(nèi)制造同類(lèi)層合板設(shè)計(jì)的產(chǎn)品業(yè)績(jī).并對(duì)設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能采用5個(gè)數(shù)據(jù)一組的試驗(yàn)驗(yàn)證。獲得5個(gè)試樣的平均值和去掉5個(gè)試樣中最大值和最小值后的3個(gè)試樣的平均值、兩個(gè)平均值的小者應(yīng)大于設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能值時(shí)、K1應(yīng)取1,2。2、當(dāng)設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能值采用鋪層計(jì)算法確定、單層板性能采用鋪層實(shí)測(cè)法確定或單層板性能采用原有的鋪層實(shí)測(cè)法數(shù)據(jù)，但對(duì)該單層板性能采用5個(gè)數(shù)據(jù)一組的試驗(yàn)驗(yàn)證。獲得5個(gè)試樣的平均值和去掉5個(gè)試樣中最大值和最小值后的3個(gè)試樣的平均值 兩個(gè)平均值的小者應(yīng)大于該單層板性能數(shù)據(jù)時(shí)。K1應(yīng)取1、1。3。當(dāng)設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能值采用鋪層實(shí)測(cè)法，并從試驗(yàn)室模擬試樣上取樣。每項(xiàng)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)不應(yīng)少于15個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí).K1應(yīng)取1.1、4.當(dāng)設(shè)計(jì)所用層合板力學(xué)性能值采用鋪層實(shí)測(cè)法,并從設(shè)備樣品上取樣 每項(xiàng)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)不應(yīng)少于15個(gè)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，K1應(yīng)取1,0 4.3。5?；瘜W(xué)環(huán)境的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)K2的取值應(yīng)符合本規(guī)范附錄A的規(guī)定.4、3。6、設(shè)計(jì)溫度和樹(shù)脂熱變形溫度HDT影響的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)K3應(yīng)按下式計(jì)算。且K3取值范圍應(yīng)為1，0、1.4 式中、Td.設(shè)計(jì)溫度，HDT，樹(shù)脂的熱變形溫度,4。3，7.層合板長(zhǎng)期性能的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)K4應(yīng)按表4 3 7取值，并應(yīng)符合下列規(guī)定,1.當(dāng)同時(shí)采用短切原絲氈。纖維布，纖維纏繞紗制造層合板時(shí).K4值應(yīng)按主要纖維成分取值，2，當(dāng)計(jì)算屈曲安全系數(shù)F時(shí)，K4值應(yīng)采用彎曲值，3.當(dāng)計(jì)算設(shè)計(jì)安全系數(shù)K。載荷中同時(shí)有拉伸和彎曲時(shí)、K4值應(yīng)取拉伸值.表4，3、7，層合板長(zhǎng)期性能的分項(xiàng)設(shè)計(jì)系數(shù)K44、3.8，設(shè)備層合板許用應(yīng)變和許用單元載荷的確定應(yīng)符合下列規(guī)定 1.樹(shù)脂的許用應(yīng)變值εar應(yīng)按下式計(jì)算 且不得大于表4，3 8,1中的規(guī)定值，式中,εar,樹(shù)脂的許用應(yīng)變值.εr 樹(shù)脂澆鑄體的斷裂延伸率.表4 3.8、1。樹(shù)脂的許用應(yīng)變值 2.層合板的許用應(yīng)變值應(yīng)按下式計(jì)算、式中。ε1am 層合板的許用應(yīng)變值 X1am，層合板的單元拉伸剛度。N，mm，應(yīng)按本規(guī)范式、4、3,2。1 確定、K 設(shè)計(jì)安全系數(shù).應(yīng)按本規(guī)范式 4 3。3。1，確定。U1am,層合板的單元拉伸強(qiáng)力。N，mm、應(yīng)按本規(guī)范式.4 3。2,2、確定。3 設(shè)備層合板的許用應(yīng)變?chǔ)興應(yīng)取式 4 3，8.1,和式。4.3,8，2。計(jì)算值中的小值.當(dāng)無(wú)法確定式,4、3、8,1.和式，4、3 8 2、計(jì)算值時(shí),許用應(yīng)變應(yīng)按0，001取值,4.當(dāng)設(shè)備試壓時(shí).樹(shù)脂的測(cè)試應(yīng)變值εtest不得大于表4.3、8，2的規(guī)定值。表4、3,8、2，樹(shù)脂的測(cè)試應(yīng)變值 5、設(shè)備層合板的許用單元載荷應(yīng)按下式計(jì)算.式中 q 設(shè)備層合板的許用單元載荷、N.mm。6 設(shè)備層合板的許用剪切應(yīng)力應(yīng)按下式計(jì)算,式中.τ。設(shè)備層合板的許用剪切應(yīng)力.MPa τ，設(shè)備層合板的剪切強(qiáng)度，MPa 可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，纖維增強(qiáng)塑料沖壓式剪切強(qiáng)度試驗(yàn)方法 GB，T。1450 2的規(guī)定檢測(cè)獲取，當(dāng)無(wú)檢測(cè)值時(shí)。可取50,K，設(shè)計(jì)安全系數(shù).應(yīng)按本規(guī)范第4 3.3條的規(guī)定取值。管道許用應(yīng)力與許用應(yīng)4.3.9，管道的層合板許用應(yīng)力應(yīng)為層合板的彈性模量乘以許用應(yīng)變，層合板的彈性模量應(yīng)按本規(guī)范第4 3。2條的規(guī)定取值 層合板的許用應(yīng)變應(yīng)按指定值法或長(zhǎng)期性能測(cè)試法確定，許用應(yīng)力值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定、1。當(dāng)采用指定值法確定許用應(yīng)變時(shí)。在不包括水壓試驗(yàn)載荷的偶然短時(shí)載荷和包括熱膨脹載荷的持續(xù)載荷工況下，應(yīng)取本條計(jì)算的許用應(yīng)力值,2，當(dāng)采用長(zhǎng)期性能測(cè)試法確定許用應(yīng)變時(shí).在不包括熱膨脹載荷的持續(xù)載荷工況下，應(yīng)取本條計(jì)算的許用應(yīng)力值 3、當(dāng)采用長(zhǎng)期性能測(cè)試法確定許用應(yīng)變時(shí)。在包括熱膨脹載荷的持續(xù)載荷工況下,應(yīng)按本條計(jì)算許用應(yīng)力值的125。確定。4,當(dāng)采用長(zhǎng)期性能測(cè)試法確定許用應(yīng)變時(shí)。在偶然短時(shí)載荷和不包括熱膨脹載荷的持續(xù)載荷工況下,應(yīng)按本條計(jì)算許用應(yīng)力值的133,確定。4，3 10，當(dāng)采用指定值法時(shí),在腐蝕環(huán)境和溫度條件下管道層合板許用應(yīng)變的確定應(yīng)符合下列規(guī)定、1.腐蝕環(huán)境的劃分應(yīng)按設(shè)定化學(xué)環(huán)境下浸泡非受力試樣的彎曲強(qiáng)度損失率確定、并應(yīng)符合下列規(guī)定.1 試樣厚度應(yīng)為4mm、6mm。應(yīng)按模擬制品的流程進(jìn)行固化,并應(yīng)在設(shè)計(jì)溫度下整體浸泡6個(gè)月,2，腐蝕環(huán)境，時(shí)、相對(duì)于初始彎曲強(qiáng)度、其強(qiáng)度損失應(yīng)小于或等于20,3、腐蝕環(huán)境、時(shí),相對(duì)于初始彎曲強(qiáng)度、其強(qiáng)度損失應(yīng)大于20.并應(yīng)小于或等于50.4、當(dāng)試樣彎曲強(qiáng)度損失大于50.時(shí).應(yīng)更換樹(shù)脂或纖維 2。溫度條件的劃分應(yīng)由樹(shù)脂的熱變形溫度HDT與設(shè)計(jì)溫度之間的差值確定，并應(yīng)符合下列規(guī)定,1。溫度條件、時(shí) 設(shè)計(jì)溫度應(yīng)小于或等于.HDT，40。2,溫度條件.時(shí) 設(shè)計(jì)溫度應(yīng)小于或等于，HDT 20.并應(yīng)大于.HDT、40、3。當(dāng)腐蝕環(huán)境和溫度條件確定后.腐蝕環(huán)境和溫度條件與應(yīng)變等級(jí)應(yīng)按表4、3.10，1的規(guī)定選用。表4，3，10。1.腐蝕環(huán)境和溫度條件與應(yīng)變等級(jí)。4 當(dāng)應(yīng)變等級(jí)確定后，應(yīng)變等級(jí)與許用應(yīng)變值應(yīng)按表4。3 10、2的規(guī)定選用。表4.3、10 2。應(yīng)變等級(jí)與許用應(yīng)變值,5、當(dāng)采用多層纖維纏繞結(jié)構(gòu) 纏繞角度在，15.和.75 之間時(shí)。應(yīng)進(jìn)行各向異性彈性計(jì)算。層合板的應(yīng)變值不得大于許用應(yīng)變值,當(dāng)不進(jìn)行各向異性彈性計(jì)算時(shí),許用應(yīng)變值不應(yīng)大于0、0009,4，3 11,當(dāng)采用長(zhǎng)期性能測(cè)試法時(shí).試驗(yàn)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管、GB T，21238的有關(guān)規(guī)定、試樣端部應(yīng)為自由端密封 其環(huán)向許用應(yīng)變值應(yīng)按下式計(jì)算。式中，εd、設(shè)計(jì)壽命下的許用應(yīng)變值，Di 進(jìn)行長(zhǎng)期性能測(cè)試的管道試樣內(nèi)徑、mm.p97,5、設(shè)計(jì)壽命下97 5，置信下限的失效內(nèi)壓,MPa X1am 試樣的層合板單元拉伸剛度。N、mm、當(dāng)無(wú)此值時(shí)，可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),玻璃纖維增強(qiáng)塑料樹(shù)脂含量試驗(yàn)方法,GB.T。2577對(duì)試樣進(jìn)行燒蝕試驗(yàn),得到每一個(gè)試樣的纖維單位面積質(zhì)量和鋪層結(jié)構(gòu)。其平均值再按本規(guī)范式、4 3.2.1，計(jì)算 K 設(shè)計(jì)安全系數(shù) 不應(yīng)小于1，5、4、3,12 當(dāng)疲勞載荷的循環(huán)次數(shù)大于1000次或應(yīng)力波動(dòng)范圍大于20。的許用應(yīng)力時(shí) 按本規(guī)范表4.3.10,2選用的許用應(yīng)變值或按本規(guī)范式。4 3.11，計(jì)算的許用應(yīng)變值還應(yīng)再除以疲勞修正系數(shù)Kn,Kn應(yīng)按下式計(jì)算。式中，Kn。疲勞修正系數(shù),n，設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。Aσ、在一個(gè)疲勞循環(huán)內(nèi)的應(yīng)力波動(dòng)范圍，σn 在一個(gè)疲勞循環(huán)內(nèi)的最大應(yīng)力。4，3.13 管道層合板的許用應(yīng)變值應(yīng)小于樹(shù)脂斷裂延伸率的10,4,3.14 當(dāng)采用長(zhǎng)期性能測(cè)試法確定層合板的許用應(yīng)變值并計(jì)算得到許用應(yīng)力值時(shí) 應(yīng)進(jìn)行管道和管件的簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線計(jì)算和判定.并應(yīng)符合下列規(guī)定.1,長(zhǎng)期性能測(cè)試法得到短期環(huán)向失效應(yīng)力σsh及長(zhǎng)期保留率R,且按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗(yàn)方法、GB.T，5349得到的軸向拉伸強(qiáng)度值σsa，雙軸應(yīng)力比r應(yīng)分別按下列公式計(jì)算.式中，σsh 長(zhǎng)期性能測(cè)試法得到短期環(huán)向失效應(yīng)力。MPa.σsa，短期軸向拉伸強(qiáng)度值 MPa?？砂船F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),纖維增強(qiáng)熱固性塑料管軸向拉伸性能試驗(yàn)方法。GB T.5349檢測(cè)取值.t、進(jìn)行長(zhǎng)期性能測(cè)試的管道試樣結(jié)構(gòu)層壁厚，mm、R 長(zhǎng)期保留率.pL.97,5.LCL.設(shè)計(jì)壽命L時(shí)97.5，置信下限的失效內(nèi)壓,MPa,p6、97,5。LCL，外推曲線回退到6min時(shí)97.5.置信下限的失效內(nèi)壓 MPa r,雙軸應(yīng)力比 可按式,4 3、14,3,計(jì)算、當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)時(shí) 部件的缺省雙軸應(yīng)力比值可按表4，3 14選擇，表4 3 14.缺省雙軸應(yīng)力比值。2。簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線的數(shù)據(jù)計(jì)算應(yīng)包括純內(nèi)水壓作用狀態(tài)。2 1，的許用環(huán)向應(yīng)力σah 2,1 許用軸向應(yīng)力σal，2。1.純軸向拉伸狀態(tài).0、1,的許用軸向應(yīng)力σal、0.1。并應(yīng)分別按下列公式計(jì)算.式中、σah.2，1、純內(nèi)水壓作用狀態(tài) 2、1，的許用環(huán)向應(yīng)力 MPa、σal.2,1，純內(nèi)水壓作用狀態(tài).2,1 的許用軸向應(yīng)力，MPa,σal,0。1、純軸向拉伸狀態(tài).0 1,的許用軸向應(yīng)力,MPa.K、設(shè)計(jì)安全系數(shù)。不應(yīng)小于1.5。3、由式,4、3、14 4。式。4。3.14。6.計(jì)算的三個(gè)應(yīng)力值連接成的折線應(yīng)為簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線，圖4，3,14，管道的安全性應(yīng)根據(jù)軸向和環(huán)向應(yīng)力計(jì)算值在簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線內(nèi)來(lái)確定、圖4 3.14，簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線示意圖1、簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線