复合材料课程设计-玻璃钢圆筒形水箱设计.docVIP

前 言 玻璃钢材料具有轻质高强的特点，用其制造的产品不仅性能突出，而且价格也具有竞争优势。玻璃钢水箱除了以上特点外，还具有制造方便、耐腐蚀性好、卫生、强度高、抗震性好等特点。玻璃钢水箱按造型可分为球形、圆筒形和方形三种；按结构构造可分为整体式、组装整体式和组合式三种；在制造工艺方面，传统的成型工艺有手糊成型和SMC模压成型两种，但是随着复合材料行业的快速发展，其成型工艺也在不断地开发和改良，对于较大容积的玻璃钢水箱也可以采用纤维缠绕成型（和玻璃钢储罐的成型工艺相同），而且用该成型工艺生产的产品的强度比用传统的手糊成型和SMC模压成型的强度要高，使用寿命较长。玻璃钢水箱适用于建筑行业化学化工行业汽车及铁路交通运输行业船艇及水上运输行业电气工业及通讯工程树脂基复合材料具有各向异性；均质；纤维或树脂体积含量不同，材料的物理性能差异性能多呈分散性。，介质为生活用水，安装位置为建筑屋顶上，离地面高度为,而且露天放置，采用法兰连接，手糊工艺制造。玻璃钢水箱的设计主要有造型设计：包括外观造型设计等内容；性能设计：包括基体材料、增强材料以及助剂的选择；结构设计：包括玻璃钢水箱的载荷计算、增强材料的铺层等内容；零部件设计：包括水箱的零部件设计，定位尺寸等；连接包括连接的方法以及补强等内容；以及产品检验。通过以上几个步骤，完成玻璃钢水箱的设计内容。 1. 玻璃钢水箱造型设计 水箱的形状尺寸及参数 圆筒形水箱通常设计成三个部件。从使用和受力角度考虑，箱底一般设计成平底。考虑到上人和雪荷载以及便于成型，箱顶设计成圆锥形顶盖，并留有人孔。水箱筒体设计成圆筒形，为了美观和增强筒体刚度，有时在沿筒体高度方向有加强肋；加强肋一般都设计在水箱筒体的外面[1]。水箱各部件的连接，主要靠各部件上的法兰翻边，采用胶接与用螺栓固定，并注意密封[2]。 图1.1为玻璃钢水箱结构模型 R—水箱半径；H—水箱高度；h—水位高度；t—箱体厚度； tb—箱底厚度；tr—箱顶厚度；φ1—箱顶锥壳半顶角；r1—人孔半径  箱顶部：箱顶锥壳半顶角，人孔半径，排气孔半径 箱体：容积：，直径：，总高：，箱体高度，箱顶高度为壁厚：，FRP单层板结构，FRP材料密度。 箱底部：底厚：。 介质为水，水的密度安装位置，建筑物上，离地面(露天)。 2.玻璃钢水箱性能设计 2.1树脂基体 玻璃钢所用树脂主要有：聚酯树脂，环氧树脂，酚醛树脂，呋喃树脂及改性树脂[3]等。但对于玻璃钢水箱用的树脂一般选择通用型不饱和聚酯树脂或者改性环氧树脂。尤其是盛装生活用水的玻璃钢水箱对树脂的要求比较高，即该类水箱用树脂除了要满足力学强度方面的要求以及耐水性要求之外，还要满足生活用水卫生要求，因此一般会选择食品级不饱和聚酯树脂，如通用型189树脂等。 2.1.1酚醛树脂 由Bakelite发现的酚醛树脂已有130年的历史。酚醛树脂一般由苯酚和甲醛缩聚制成，固化后成为不熔不溶的网状体型结构，，，呋喃树脂为棕红色、琥珀色粘稠液体，微溶于水，易溶于酯、酮等有机溶剂，强度高、气味小、抗吸湿、溃散性好及砂可回收再用等优点。未固化的呋喃树脂与许多热塑性和热固性树脂有很好的混容性能，因此可与环氧树脂或酚醛树脂混合来加以改性。固化后的呋喃树脂耐强酸(强氧化性的硝酸和硫酸除外)、强碱和有机溶剂的侵蚀，在高温下仍很稳定。用熔融玻璃制成的极细的纤维，绝缘性、耐热性、抗腐蚀性好，机械强度高。用做绝缘材料和玻璃钢的原料等。生产玻璃纤维用的玻璃不同于其它玻璃制品的玻璃。目前已经商品化的玻璃纤维　　E-玻璃 亦称无碱玻璃，是一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。 　　C-玻璃 亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其价格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。 　　高强玻璃纤维 其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。A玻璃 亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤