浅析耐渗FRP结构物设计的实际意义和应用方向
目前,此类产品没有统一的设计标准,各种文献资料中所述标准不一,总体上看设计水平属于半经验半理论的水平,在设计实践中无标准可遵循,或显得太保守,或设计不合理造成质量事故,为提高设计水平有必要认真的总结以往的经验和理论,并配以新的理论分析和实验研究,使设计更好的实现安全、可靠与经济的统一。
对各种理论的评析贮放液体的容器或置于液体中的结构物渗漏了,这意味着在器壁上形成了足以使液体流过器壁的通道,因此我们要制定耐渗结构物的设计准则即是要找到使介质不通过容器器壁的条件。那么上述几种理论哪一个很好地揭示了容器器玻璃喷漆机壁不形成通道的条件呢其试验基础和理论基础如何2.1关于限定应力理论该理论没有从机理上阐明与渗漏之间的内在联系,从不渗漏到渗漏的临界状态为该种结构物的正常使用极限状态,称为耐渗极限状态,而RB是相应于材料的承载能力极限状态的应力值,以RB除以一安全系数作为,用于讨论承载能力状态的破坏是合适的,用于讨论正常使用状态的破坏问题就不合适了,实际上这样定出的在概念上把两种破坏状态(相应地存在着两种安全状态)混为一谈了,耐渗设计时的应为耐渗极限应力值除以一安全系数。问题的关键在于要确立耐渗极限应力的概念,并在进行FRP力学性能测试时加上耐渗极限应力测试这一项。
籍于此由强度理论衍生出来的耐渗结构物的设计理论均易于掩盖问题的本质,把人的认识引入歧途,且容易让不搞复合材料的人对复合材料产生误解,以为复合材料根本不是一个成熟的材料,否则安全系数为什么要取那么大呢2.2关于限定应变准则的具体数值是怎样确定的呢英国科学家M.J.Owen博士在研究工作中得出结论,以后A.Rotem,Megarry,L.S.Norwood等人的工作又进一步支持了Owen的结论。Owen的研究表明玻璃钢的力学破坏的过程为在低应力下纤维与树脂界面先发生脱粘破坏,出现须用显微镜方可找到的初始微裂纹,当应力增加到一定水平时接着发生树脂基体的破坏,后是纤维断裂,试样全面破坏。从短时静拉伸试验数据看,可以认为发生脱粘破坏的应力水平大体在30%极限强度的水平,在很低的疲劳次数下应变水平不大于0.3%,在疲劳次数为103106范围内,对应的大应变仅在0.1%0.2%左右。
FRP/CM2000.No.32000年5月5玻璃钢/复合材料增强的玻璃钢相应应变(约为0.3%)水平约30%,几个人的结论基本一致,而且都将材料发生初始微裂纹的状态视为材料的耐渗极限状态。这个研究方向无疑是正确的,但在实际应用时仍有很大局限。其一,目前该理论仅给出了的一个范围,而不是一个具体的值,在设计某一耐渗结构物时具体取何值仍是一个问题;其二,因为该范围的上限和下限要差一倍(甚至三倍),也没能给出它与介质、温度、使用过程中的疲劳荷载等的定量关系,应该说以其来指导实践仍难以在安全、可靠、经济方面给出令人信服的优化结果;其三,FRP耐渗结构物在制作过程中增强材料、基体材料、填料的种类很多,而且随着玻璃钢原材料工业的发展,这些材料的性能也在发展之中,以上的数据是60、70年代测试的,用其来指导今天的实践存在隐性浪费的可能。当然,随着市场经济的发展和竞争的加剧,有些原材料生产企业存在偷工减料的问题,因此若采用这些企业的原材料即使仍用原来的的数据,设计出来的产品则是不安全的;其四,该的数据没有指出它与各组分材料的关系,而实际上各组分材料选用的不同复合后初时应力(工艺应力)是不同的,初时应力的大小对脱粘应力的大小是有影响的,本理论没有反映进去。
由此,我们可以看出Owen博士揭示的FRP结构物耐渗的极限状态是纤维与树脂界面不发生脱粘破坏的极限状态,其表征值可以是脱粘应力,也可以是脱粘应变。就此意义而言,文献<3>中所称用声发射技术确定进而指导耐渗FRP结构物设计的方法仍属于采用Owen表征量的设计方法,只是指出了R的变异性,不应一味地视=0.1%0.2%.
对各种理论的评析贮放液体的容器或置于液体中的结构物渗漏了,这意味着在器壁上形成了足以使液体流过器壁的通道,因此我们要制定耐渗结构物的设计准则即是要找到使介质不通过容器器壁的条件。那么上述几种理论哪一个很好地揭示了容器器玻璃喷漆机壁不形成通道的条件呢其试验基础和理论基础如何2.1关于限定应力理论该理论没有从机理上阐明与渗漏之间的内在联系,从不渗漏到渗漏的临界状态为该种结构物的正常使用极限状态,称为耐渗极限状态,而RB是相应于材料的承载能力极限状态的应力值,以RB除以一安全系数作为,用于讨论承载能力状态的破坏是合适的,用于讨论正常使用状态的破坏问题就不合适了,实际上这样定出的在概念上把两种破坏状态(相应地存在着两种安全状态)混为一谈了,耐渗设计时的应为耐渗极限应力值除以一安全系数。问题的关键在于要确立耐渗极限应力的概念,并在进行FRP力学性能测试时加上耐渗极限应力测试这一项。
籍于此由强度理论衍生出来的耐渗结构物的设计理论均易于掩盖问题的本质,把人的认识引入歧途,且容易让不搞复合材料的人对复合材料产生误解,以为复合材料根本不是一个成熟的材料,否则安全系数为什么要取那么大呢2.2关于限定应变准则的具体数值是怎样确定的呢英国科学家M.J.Owen博士在研究工作中得出结论,以后A.Rotem,Megarry,L.S.Norwood等人的工作又进一步支持了Owen的结论。Owen的研究表明玻璃钢的力学破坏的过程为在低应力下纤维与树脂界面先发生脱粘破坏,出现须用显微镜方可找到的初始微裂纹,当应力增加到一定水平时接着发生树脂基体的破坏,后是纤维断裂,试样全面破坏。从短时静拉伸试验数据看,可以认为发生脱粘破坏的应力水平大体在30%极限强度的水平,在很低的疲劳次数下应变水平不大于0.3%,在疲劳次数为103106范围内,对应的大应变仅在0.1%0.2%左右。
FRP/CM2000.No.32000年5月5玻璃钢/复合材料增强的玻璃钢相应应变(约为0.3%)水平约30%,几个人的结论基本一致,而且都将材料发生初始微裂纹的状态视为材料的耐渗极限状态。这个研究方向无疑是正确的,但在实际应用时仍有很大局限。其一,目前该理论仅给出了的一个范围,而不是一个具体的值,在设计某一耐渗结构物时具体取何值仍是一个问题;其二,因为该范围的上限和下限要差一倍(甚至三倍),也没能给出它与介质、温度、使用过程中的疲劳荷载等的定量关系,应该说以其来指导实践仍难以在安全、可靠、经济方面给出令人信服的优化结果;其三,FRP耐渗结构物在制作过程中增强材料、基体材料、填料的种类很多,而且随着玻璃钢原材料工业的发展,这些材料的性能也在发展之中,以上的数据是60、70年代测试的,用其来指导今天的实践存在隐性浪费的可能。当然,随着市场经济的发展和竞争的加剧,有些原材料生产企业存在偷工减料的问题,因此若采用这些企业的原材料即使仍用原来的的数据,设计出来的产品则是不安全的;其四,该的数据没有指出它与各组分材料的关系,而实际上各组分材料选用的不同复合后初时应力(工艺应力)是不同的,初时应力的大小对脱粘应力的大小是有影响的,本理论没有反映进去。
由此,我们可以看出Owen博士揭示的FRP结构物耐渗的极限状态是纤维与树脂界面不发生脱粘破坏的极限状态,其表征值可以是脱粘应力,也可以是脱粘应变。就此意义而言,文献<3>中所称用声发射技术确定进而指导耐渗FRP结构物设计的方法仍属于采用Owen表征量的设计方法,只是指出了R的变异性,不应一味地视=0.1%0.2%.








































