玻璃鋼力學(xué)性能

1、-作者xxxx-日期xxxx玻璃鋼力學(xué)性能【精品文檔】玻璃鋼的基本性能力學(xué)性能玻璃鋼的力學(xué)性能突出的一點(diǎn)是比強(qiáng)度高，這是金屬材料和其它材料無(wú)法相比的。這里，我們要提一下強(qiáng)度的概念。強(qiáng)度通常是指單位面積所能承受的最大荷載，超過(guò)這個(gè)荷載，材料就破壞了。強(qiáng)度又分為拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。例如說(shuō)聚酯玻璃鋼抗拉強(qiáng)度290MPa，是指每平方厘米截面可承受2900Kg的拉力。玻璃鋼輕質(zhì)高強(qiáng)的性能，來(lái)源于較低的樹(shù)脂密度（澆鑄體密度左右）以及玻璃纖維的高抗伸強(qiáng)度（普通鋼材的5倍以上）。玻璃鋼的密度隨著樹(shù)脂含量的不同而有所不同。從高樹(shù)脂含量的玻璃氈制品到低樹(shù)脂含量的玻璃鋼纏繞制品（密度），玻璃鋼的

2、密度只有普碳鋼的1/4-1/5，比鋁還輕1/3左右。玻璃經(jīng)高溫熔融、快速拉成細(xì)絲時(shí)，由于比表面積增大，玻璃纖維內(nèi)部及表面就難以存在大缺陷，所以玻璃纖維的強(qiáng)度就非常高，常用的是無(wú)堿鋁硼硅酸鹽纖維，其一般性能如表下所示。 性能： 密度（g/cm3 ） 性能數(shù)據(jù)： 性能： 折射率（25）折射率（25） 性能數(shù)據(jù)： 性能： 拉伸強(qiáng)度（MPa)） 性能數(shù)據(jù)： 100-300 性能：介電常數(shù)102赫茲 性能數(shù)據(jù)： 赫茲 性能： 拉伸彈性模量（MPa） 性能數(shù)據(jù)： 7000 性能： 介電常數(shù) 106赫茲 性能數(shù)據(jù)： 性能： 斷裂時(shí)的伸長(zhǎng)率（% ） 性能數(shù)據(jù)： 性能： 介電常數(shù) 1010赫茲 性能數(shù)據(jù)： 性能

3、 性能數(shù)據(jù) 性能 性能數(shù)據(jù) 泊松比（塊玻璃） 0.22 正切損失 102赫茲 線膨脹系數(shù)-1 4.8*10-4 正切損失 1010赫茲 比熱KJ/(Kg/.K) 體積電阻（·cm ） 體積電阻（·cm ） 1011-1013 導(dǎo)熱系數(shù)W/m·K） 聲速 聲速5500 軟化溫度（） 850玻璃鋼中常用的玻璃纖維直徑是µ。近年來(lái)各國(guó)所用的玻璃纖維趨向于向粗直徑發(fā)展，通用的是18µ ，采用池窯拉絲。采用粗直徑纖維既不影響玻璃鋼的性能，纖維的產(chǎn)量又可以大幅度提高（因?yàn)楫a(chǎn)量和直徑成平方關(guān)系）。也有采用直徑µ 以上的玻璃纖維。玻璃鋼所用的玻璃纖維

4、一般是把單絲并成線或粗紗，或進(jìn)一步制成織物及做成氈來(lái)使用。從下表所得的各種纖維強(qiáng)度比較來(lái)看，玻璃纖維的強(qiáng)度是相當(dāng)高的。 性能： 拉伸強(qiáng)度MPa 羊毛： - 棉紗：亞麻 ： 35 尼龍： 30-60生絲 ： 44 玻纖： 100-300鋼 ： 50-200 性能： 延伸率% 羊毛： 24-28 棉紗： 6-12亞麻 ： - 尼龍： 15-40生絲 ： 15-86 玻纖：鋼 ： -玻璃纖維可按三種方向排列:（一）單向纖維增強(qiáng)的玻璃鋼這一類(lèi)玻璃鋼，玻璃纖維定向排列在一個(gè)方向，它是用連續(xù)紗或單絲片鋪層的。在纖維方向上，有很高的彈性模量和強(qiáng)度，其纖維方向的強(qiáng)度可高達(dá)，但在垂直纖維方向上，其強(qiáng)度很低。只有

5、嚴(yán)格的單向受力情況下，才使用這類(lèi)玻璃鋼。其纖維體積含量可以高達(dá)（二）雙向纖維增強(qiáng)的玻璃鋼這類(lèi)玻璃鋼是用雙向織物鋪展的，其玻璃纖維體積含量可達(dá)。在兩個(gè)正交的纖維方向上，有較高的強(qiáng)度。它適用于矩形的平板或薄殼結(jié)構(gòu)物。（三）準(zhǔn)各向同性玻璃鋼這類(lèi)玻璃鋼是用短切纖維氈或模塑料制成的，制品中各向強(qiáng)度基本接近，纖維體積含量一般小于，適用于強(qiáng)度、剛度要求不高或荷載不很清楚而只能要求各向同性的產(chǎn)品。在玻璃鋼復(fù)合材料中，力學(xué)性能在相當(dāng)大的程度上取決于增強(qiáng)材料，有人把它比做是材料的筋骨。古代增強(qiáng)材料主要是麻和棉纖維以及絲綢類(lèi)。到了年代，玻璃纖維開(kāi)始占增強(qiáng)材料的絕大多數(shù)。在此后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期里，用玻璃纖維作增強(qiáng)材料的

6、復(fù)合材料（即玻璃鋼）仍然占主要地位、但隨著工業(yè)的發(fā)展，不同的時(shí)期相繼出現(xiàn)了新的材料，在年代研制了高模量碳纖維、硼纖維。年代，又改變了玻璃成分，研究了及型高強(qiáng)玻璃纖維。到了年代，先后又開(kāi)發(fā)了凱芙拉纖維等。見(jiàn)表下所示。增強(qiáng)材料多品種的開(kāi)發(fā)，為復(fù)合材料的應(yīng)用開(kāi)辟了新的領(lǐng)域和廣闊的途徑。纖維種類(lèi)： A玻璃纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 3.1 拉伸膜量GPa： 72 比拉伸強(qiáng)度GPa ： 1.26 比膜量GPa ： 29 纖維種類(lèi)： E玻璃纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 3.6 拉伸膜量GPa： 76 比拉伸強(qiáng)度GPa ：比膜量GPa ： 29纖維種類(lèi)： R玻璃纖維 密度：2.58 拉伸強(qiáng)度極

7、限GPa： 4.4 拉伸膜量GPa： 85 比拉伸強(qiáng)度GPa ：比膜量GPa ： 33 纖維種類(lèi)： S玻璃纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 4.9 拉伸膜量GPa： 86 比拉伸強(qiáng)度GPa ： 1.8 比膜量GPa ： 34 纖維種類(lèi)： I型高模量碳纖維 密度：1.87 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 2.1 拉伸膜量GPa： 330 比拉伸強(qiáng)度GPa ： 1.12 比膜量GPa ： 176 纖維種類(lèi)：II型高強(qiáng)度碳纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 2.6 拉伸膜量GPa： 235 比拉伸強(qiáng)度GPa ：比膜量GPa ： 133 纖維種類(lèi)： 聚芳香酰胺纖維kevlar-29 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa

8、： 2.76 拉伸膜量GPa： 58 比拉伸強(qiáng)度GPa ： 1.92 比膜量GPa ： 10 纖維種類(lèi)： 聚芳香酰胺纖維kevlar-29 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 2.94 拉伸膜量GPa： 130 比拉伸強(qiáng)度GPa ： 2.03 比膜量GPa ： 90 纖維種類(lèi)： 劍麻 密度：1.3 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 拉伸膜量GPa： -比拉伸強(qiáng)度GPa ：比膜量GPa ： -纖維種類(lèi)： 硼纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 3.4 拉伸膜量GPa： 344比拉伸強(qiáng)度GPa ： 1.30 比膜量GPa ： 130 纖維種類(lèi)： 碳化硅纖維 密度： 拉伸強(qiáng)度極限GPa： 3.0 拉伸膜量GPa： 20

9、00比拉伸強(qiáng)度GPa ：比膜量GPa ：玻璃鋼!復(fù)合材料的力學(xué)性能具有明顯的方向性，這是與金屬材料不同的。金屬材料，不論在任何方向，強(qiáng)度和彈性模量幾乎完全相同。而對(duì)于木材、玻璃鋼等，沿纖維方向的強(qiáng)度和彈性模量就比垂直于纖維方向上的要高得多。象金屬那樣強(qiáng)度不隨方向變化而變化的材料稱為各向同性材料，而象玻璃鋼、木材、鋼筋混凝土等，它們的強(qiáng)度隨方向不同而變化，稱它們是各向異性材料。玻璃鋼等人造的復(fù)合材料還可以人為地變化纖維方向和數(shù)量來(lái)達(dá)到某種特定的強(qiáng)度要求。例如，我們采用：玻璃布（指經(jīng)向纖維和緯向纖維量為：）制造的玻璃鋼，其經(jīng)向和緯向強(qiáng)度幾乎是相等的。但在其它方向上強(qiáng)度則較低，如在方向上強(qiáng)度比經(jīng)、緯

10、向強(qiáng)度還要低見(jiàn)下表：性能 0 15 30 45 60 75 90 拉伸強(qiáng)度MPa比例極限 178 84 50 45 50 80 160 拉伸強(qiáng)度MPa 破壞強(qiáng)度 269 210 173 158 163 194 263 拉伸彈性模量（GPa） 16.7 13.3 11.1 10 11.1 12.5 15.2 伸長(zhǎng)率% 1.6 2.5 4.8 4.8 4.5 2.6 1.9 如果我們采用經(jīng)向和緯向纖維量為$# "的玻璃布制成環(huán)氧玻璃鋼，它們經(jīng)向和緯向纖維量差別較大，因此在這兩個(gè)方向上的拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度都大不相同，如下表所列。 性能 拉伸 拉伸 壓縮 壓縮 扭轉(zhuǎn) 扭轉(zhuǎn) 性能 經(jīng)向 緯向

11、 經(jīng)向 緯向 經(jīng)向 緯向 極限強(qiáng)度MPa 373 142.4 310 230 67 43 彈性模量MPa 26 12 24 13 2.9 2.9 泊松比強(qiáng)度的概念前面已經(jīng)講過(guò)，它是指材料破壞時(shí)，物體內(nèi)的最大應(yīng)力值，按照受力情況可分為拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等。如圖下圖所示矩形桿的受力狀態(tài)稱為拉伸。此時(shí)我們?nèi)±旌奢d等于，桿的橫斷面積為，那么拉伸應(yīng)力就等于如果桿件在拉伸到破壞時(shí)的荷載（稱為最大荷載或極限荷載）為，則材料的極限強(qiáng)度，即拉伸強(qiáng)度等于超過(guò)極限強(qiáng)度桿件就要破壞，所以又稱它為破壞強(qiáng)度。材料在初始受力時(shí)，有一段時(shí)間內(nèi)它的應(yīng)力與其應(yīng)變（受拉伸長(zhǎng)變形與原長(zhǎng)度之比）成正比，我們稱它為彈性階段。

12、彈性階段的最大應(yīng)力值，稱為比例極限。材料在比例極限內(nèi)是不會(huì)破壞的。所以，也常稱之為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在彈性階段，應(yīng)力!和應(yīng)變"成正比，變成等式后加進(jìn)一個(gè)常數(shù)!，就是彈性模數(shù)，是常數(shù)值，它只與材料有關(guān)：（）不同的材料，當(dāng)應(yīng)力一定時(shí)，彈性模量大，應(yīng)變就小；彈性模量小，應(yīng)變就大。這說(shuō)明常數(shù)是反映材料抵抗變形能力大小的參數(shù)。若把截面積的大小也考慮在內(nèi)，那么又稱為抗拉剛度。用剛度概念來(lái)具體說(shuō)明該構(gòu)件抵抗抗伸變形的能力就更全面了。當(dāng)圖構(gòu)件上作用的是與它相反方向荷載時(shí)。這時(shí)構(gòu)件就受壓縮，見(jiàn)圖所示。構(gòu)件受壓縮時(shí)也有應(yīng)力、應(yīng)變、強(qiáng)度、彈性模量、剛度等，其定義和拉伸時(shí)一樣，只是荷載方向相反而已。值得注意的是人們常常有一種誤解，認(rèn)為資料中所列舉的強(qiáng)度數(shù)據(jù)就是實(shí)際構(gòu)件的強(qiáng)度數(shù)據(jù)。其實(shí)這兩者截然不同，差異較大。例如手糊聚酯玻璃鋼板，小試件抗伸強(qiáng)度可達(dá)，而在同樣原材料的的大型構(gòu)件上取下一塊試樣，它的抗伸強(qiáng)度只有。這是因?yàn)閮烧叩闹圃觳僮鳁l件不同，大塊板工藝條件不如小試件那樣理想。因此，在采用各類(lèi)資料、書(shū)籍所給出的強(qiáng)度數(shù)據(jù)時(shí)，一定要注意你所設(shè)計(jì)的構(gòu)件工藝制造條件和一般小試件之間的差異，否則將會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。此外，還要注意玻璃鋼/復(fù)合材料層間強(qiáng)度和彈性模量低的特點(diǎn)。層間是薄弱環(huán)節(jié)，因?yàn)閷娱g沒(méi)有增強(qiáng)纖維，所以它的層間剪切和層間抗伸強(qiáng)度都較低，充其量也只是樹(shù)脂本身的