2,術(shù),語(yǔ)2,0 1.本條術(shù)語(yǔ)是本規(guī)范的基礎(chǔ),層合板的模量和強(qiáng)度等性能數(shù)據(jù)的表征均建立在此之上。該單位的實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于用增強(qiáng)材料的單位面積質(zhì)量參數(shù)替換了常規(guī)的壁厚參數(shù)。我們通常接觸到材料力學(xué)中的應(yīng)力和彈性模量等概念 都是基于材料的單位截面積、圖1。如應(yīng)力,強(qiáng)度,彈性模量的單位均為MPa,N。mm2 但纖維增強(qiáng)塑料由于是層合板復(fù)合材料、承載結(jié)構(gòu)為纖維,其大部分的力學(xué)性能特別是拉伸性能是與纖維量成正比的、從某種程度上說(shuō)設(shè)計(jì)纖維增強(qiáng)塑料的承力結(jié)構(gòu)就是設(shè)計(jì)纖維的用量多少和形態(tài)及鋪設(shè)順序。因此采用單位纖維面積質(zhì)量作為力學(xué)性能的變量便于設(shè)計(jì)計(jì)算、從圖1可以看出 應(yīng)力σx,單位寬度載荷Nx和壁厚t的關(guān)系為Nx,t,σx 圖1.應(yīng)力σx 單位寬度載荷Nx,壁厚t的關(guān)系、采用單位寬度作為力學(xué)性能的表征也是基于力學(xué)性能主要取決于纖維量的基礎(chǔ),這是因?yàn)闃?shù)脂含量基于環(huán)境溫度.樹(shù)脂黏度,操作手法以及其他工藝參數(shù)等的變化而變化,造成相同纖維含量下的制品厚度不同、這樣在表象上造成制品的強(qiáng)度不同,而實(shí)際上其折算成單位寬度承載力是一樣的.可通過(guò)下列例子說(shuō)明、例1。采用5層450g,m2的短切氈。寬度為50mm,采用鄰苯型不飽和聚酯樹(shù)脂 鋪層中纖維質(zhì)量含量為25。35,對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂含量為65、75 根據(jù)不同的操作手法.如滾壓辦法和次數(shù),環(huán)境溫度等的變化,計(jì)算壁厚、25,纖維質(zhì)量含量、下同、時(shí)、6.75mm,30,時(shí) 5.44mm,35。時(shí) 4。51mm。壁厚計(jì)算方法見(jiàn)本規(guī)范式.4,3,2.5,ρg取2540,mg分別按25,30 35取值。ρr通常取1150 Wi按每層450g。m2短切氈,5層計(jì)算、由于層合板強(qiáng)度主要為玻璃纖維承擔(dān),樹(shù)脂含量的差異對(duì)層合板整體承載的影響較小。假設(shè)最后破壞載荷均為30kN左右,折算成截面強(qiáng)度則為,25 時(shí),89MPa,30,時(shí)、110MPa。35。時(shí)。133MPa,看似強(qiáng)度離散很大,但若采用單位寬度的力學(xué)性能計(jì)算則數(shù)據(jù)穩(wěn)定、例2.采用每層810g m2的玻璃布共5層,寬度為50mm.用鄰苯型不飽和聚酯樹(shù)脂、纖維質(zhì)量含量為45 55,對(duì)應(yīng)的樹(shù)脂含量為45,55 根據(jù)不同的操作手法 滾壓辦法和次數(shù) 環(huán)境溫度等 壁厚計(jì)算方法同上.計(jì)算壁厚為.45.纖維質(zhì)量含量、下同,時(shí).5。88mm.50、時(shí).5,1mm。55、時(shí)。4,46mm 層合板的強(qiáng)度主要由玻璃纖維布所貢獻(xiàn),樹(shù)脂含量的差異對(duì)層合板整體承載的影響較小、設(shè)最后破壞載荷均為60kN左右,折算成截面強(qiáng)度則為,45 時(shí)。204MPa。50。時(shí) 235MPa、55,時(shí) 269MPa 看似強(qiáng)度離散性很大、但若采用單位寬度的力學(xué)性能計(jì)算則數(shù)據(jù)穩(wěn)定,2,0,8,簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線,是在以環(huán)向應(yīng)力為橫坐標(biāo).軸向應(yīng)力為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)系中。將若干應(yīng)力失效點(diǎn),環(huán)向應(yīng)力 軸向應(yīng)力、連接所組成的一條曲線、該曲線外的應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)均為失效應(yīng)力狀態(tài)、其曲線內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)為安全應(yīng)力狀態(tài),各向同性材料其包絡(luò)線為一正方形,圖2.而各向異性材料為一不規(guī)則圖形、圖3、其強(qiáng)度特性與應(yīng)力狀態(tài)密切相關(guān).單向受力狀態(tài)和雙向受力狀態(tài)以及雙向應(yīng)力比不同 其承載力完全不同.因此不能采用各向同性材料的失效模式進(jìn)行安全性判斷,纏繞管道即屬于典型的各向異性結(jié)構(gòu)。圖3為典型的55.纏繞角的纏繞管道的簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線、可以看出其失效應(yīng)力與其環(huán)向及軸向的雙向應(yīng)力比相關(guān),如在涉及軸向強(qiáng)度時(shí)。在單向軸向拉伸狀態(tài)。環(huán)向。軸向 0、1。和靜水壓,兩端封堵環(huán)向、軸向 2,1。時(shí)是完全不一樣的,若單獨(dú)說(shuō)管材的哪一個(gè)強(qiáng)度時(shí)是不全面的、還應(yīng)說(shuō)明另一個(gè)方向的應(yīng)力狀態(tài)、這樣更科學(xué),或者說(shuō)明獲得該強(qiáng)度的試驗(yàn)方法.以55.纏繞的環(huán)氧管道為例、軸向強(qiáng)度、當(dāng)0,1時(shí),即管道軸向單向拉伸。在,玻璃纖維.玻璃纖維增強(qiáng)熱固樹(shù)脂,管縱向抗張性能的測(cè)試方法 ASTM、D2105,2001。2007,中為75MPa 而當(dāng)2.1時(shí)即內(nèi)水壓狀態(tài),在,塑料管,管道及管配件的短時(shí)間耐液壓強(qiáng)度的試驗(yàn)方法。ASTM D1599.1999,2005,和。玻璃增強(qiáng)熱固樹(shù)脂,玻璃纖維。管及配件用液壓或壓力設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的獲得規(guī)程、ASTM,D2992、2006中軸向強(qiáng)度為125MPa,如果以75MPa為軸向強(qiáng)度、而管道應(yīng)用是純的內(nèi)水壓環(huán)境,則設(shè)計(jì)的管道過(guò)于保守 而以125MPa為軸向強(qiáng)度設(shè)計(jì)管道、如果該管線熱應(yīng)力或軸向彎曲應(yīng)力引起的軸向應(yīng)力較大,如井下管或者濾水管 則其設(shè)計(jì)又失安全。因此應(yīng)進(jìn)行失效包絡(luò)線分析 圖2,各向同性材料簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線圖3。各向異性材料簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線.由于管道的應(yīng)力狀態(tài)很多、要完全繪制這樣的包絡(luò)線會(huì)需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù) 為了計(jì)算簡(jiǎn)化并保證安全性,采用3個(gè)應(yīng)力狀態(tài)點(diǎn)的連線作為簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線,圖4,即以橫坐標(biāo)代表環(huán)向應(yīng)力,縱坐標(biāo)代表軸向應(yīng)力.三個(gè)許用應(yīng)力點(diǎn).0、純軸向拉伸狀態(tài).0、1。的許用軸向應(yīng)力σa1、0 1.純內(nèi)水壓作用狀態(tài)。2,1,的許用環(huán)向應(yīng)力σah 2。1。純內(nèi)水壓作用狀態(tài),2、1,許用軸向應(yīng)力σa1.2。1、純內(nèi)水壓作用狀態(tài),2、1,的許用環(huán)向應(yīng)力σah,2 1,0。連接成的折線 不同環(huán)向軸向應(yīng)力比及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法見(jiàn)圖5。圖4,簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線1 簡(jiǎn)化失效包絡(luò)線圖5.不同環(huán)向軸向應(yīng)力比及對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法