正确答案
(一)结构的多层次性
玻璃钢作为复合材料,是由基体材料树脂和增强材料玻璃纤维布(丝)经过加工而成的,因此,玻璃钢的结构分析和设计工作是以单层的力学性能为前提的。也就是说单层是层合结构分析和设计的基本单元。它可分为单层材料设计、铺层设计和结构设计,即正确选择增强材料、基体材料及其配比、确定合理铺层的铺层设计,确定产品的结构、形状、尺寸的结构设计,这三个设计层次互为前提互为影响,互为依赖,并统一在一个设计方案中。其中,尤以铺层设计最能体现复合材料的优越性,通过合理的铺层方案,充分发挥复合材料的特性,以达到优化设计的目的。
(二)材料的各向异性
作为玻璃钢增强材料的玻纤具有各向异性,因此,玻璃钢也具有各向异性。在不同的方向上具有不同的力学性能,如纤维方向(纵向)和垂直纤维方向(横向),强度、弹性模量等就明显发生变化。
材质的各向异性,使得性能千变万化,因此,应充分利用材料的特性,扬长避短,进行结构设计。
(三)非均质材料
玻璃钢的组分材料虽然构成了一个整体,但在交界面可以将它们的物理地区分开来,所以,复合材料是由两种或两种以上独立的物质组成的固体产物。从宏观上看,层与层之间也是非均质的。
(四)弱的层间性能。
玻璃钢结构基本上都是层合结构。层合结构各层之间没有纤维增强。因此层间通常是一个薄弱环节。其层间剪切强度和拉伸强度都是比较低的。因此,结构设计中,应尽量避免使用低的层间强度。必须使用时应慎重处理。短切纤维预混料模压是解决层间强度低的有效办法。玻璃钢结构设计特点:
(一)技术的综合性
玻璃钢从原材料选择到产品的形成,是在同一个工艺流程中完成的。因此,材料设计、结构设计、工艺设计应当统一在一个设计方案中。复合材料的结构设计、设计人员除了正确的选择原材料外还必须对复合材料的性能进行分析,以确定合理的工艺方案。因此复合材料及其结构设计,改变了传统的材料研究与结构研究分开的概念,即材料的设计与结构设计必须同时进行。玻璃钢结构设计,必须考虑工艺的可实现性和合理性,如手糊玻璃钢中的脱模问题,缠绕工艺中的线型问题等。另外复合材料的材料试验,是获得设计参数的重要手段。在结构设计中必须引起重视。即使结构形成之后,仍要进行结构试验,甚至产品试验。因此,玻璃钢的结构设计具有很强的综性。
(二)性能的可设计性
玻璃钢的结构多层次性,为设计工作带来了很大的自由度,这时可根据铺层的变化,使得结构强度和刚度比较合理。如受内压的圆型贮罐,它的环向应力是纵向应力的2倍,为了保证环向强度,可使用2:1布使环向强度接近纵向强度的2倍,使两方向的强度匹配,不至于某个方向强度过剩;再如多向受力的结构,可使用多向铺层或毡结构,使各方向性能接近一致。因此,正确运用性能的可设计性,使得结构更理想,最终取得比较安全与经济的效果。
(三)复合观念的必要性
玻璃钢作为一种复合材料,设计时应合理的选用原材料,使得产品的性能满足要求,所说的复合观念,也就是用其所长,物尽其用,再保证最佳性能的同时,取得最好的经济效益。