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1 前 言
由于玻璃鋼是各向異性材料，其剪切性能，特別是層間剪切性能特別低。玻璃鋼材料在進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時，材料同時承受拉壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。由于玻璃鋼材料的剪切強(qiáng)度低，因此，在進(jìn)行彎曲試驗(yàn)時，對試樣尺寸有一定要求，如試樣長度L的應(yīng)為試樣厚度h的二十倍，其彎曲支距
應(yīng)為厚度h的十六倍[1]。若拉擠成型的玻璃鋼，則／h≥24[2]。對于單向碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，則要求／h≥32[3]。我們平時進(jìn)行玻璃鋼／復(fù)合材料管子彎曲試驗(yàn)時，要求管子支距與管外徑之比／D≥32[4-5]。對于玻璃鋼電纜保護(hù)管(導(dǎo)管)，其直徑多數(shù)在(100~250)mm范圍，按／D≥32要求，其支距要求≥3200mm。通常的萬能試驗(yàn)機(jī)和彎曲試驗(yàn)機(jī)，很難達(dá)到此支距。在電纜保護(hù)管的實(shí)際使用中，有支承作用的管枕，其間距往往為1米。因此，在進(jìn)行玻璃鋼電纜保護(hù)管彎曲試驗(yàn)時，可以統(tǒng)一支距為1米，這樣便于各類管子的彎曲強(qiáng)度比較，但由此測得的彎曲強(qiáng)度，并不表示材料的彎曲強(qiáng)度，只是代表管子彎曲的綜合強(qiáng)度特性。要求管子材料的彎曲強(qiáng)度，對于軸向，按文獻(xiàn)[1]取樣，并進(jìn)行試驗(yàn)；若要求測試管子周向彎曲強(qiáng)度，應(yīng)按文獻(xiàn)[6]、[7]進(jìn)行管子壓扁試驗(yàn)，經(jīng)計算得管子周向彎曲強(qiáng)度。
2 電纜導(dǎo)管彎曲試驗(yàn)方法
玻璃鋼電纜導(dǎo)管的試樣長度L為(1000+2D)mm，至少為1200mm。支距為1000mm。
進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，二支座和加載壓頭的形狀如圖1所示。二加載或支承刀口夾角為120°，材料為木材，它與管子接觸面上墊上橡膠板。橡膠板的硬度為邵氏A55±8，厚度為(8~15)mm。
試驗(yàn)試樣數(shù)量，每種規(guī)格為3根。
管子試樣放置在兩支座的橡膠板上，開動試驗(yàn)機(jī)，加上加載壓頭，施加一定初壓力，約為破壞載荷的3％～5％，在需要測撓曲變形時，安裝好有關(guān)測試儀表儀器。再以0.2kN／S～0.5kN／S的均勻速度施加載荷直到破壞，若沒有自動記錄的電腦時，應(yīng)以5％～8％的破壞載荷分級施加載荷，做好記錄。
按通常的試驗(yàn)方法測量試樣的有關(guān)尺寸。測量管壁厚度，至少應(yīng)測互為垂直方向的四個點(diǎn)。
3 彎曲強(qiáng)度計算方法
(1)管子彎曲強(qiáng)度按式(1)計算：
式中：σf――管子彎曲強(qiáng)度，MPa；
PB――試樣破壞載荷，N；
――試樣支距，mm；
D――管外徑，mm；
d――管內(nèi)徑，mm。
(2)彎曲試驗(yàn)中，管壁上的大剪切應(yīng)力為：
式中：PB――破壞載荷，N：
d、D――管子內(nèi)、外徑，mm。
在需要測管彎曲撓曲變形時，要計算下列兩個指標(biāo)：
(3)彎曲撓度百分比按式(3)計算：
式中：S――管子撓度百分比，％；
fmax――大載荷時管子當(dāng)中的撓度，mm；
――試樣支距，mm。
(4)當(dāng)要計算管子彎曲模量時，按式(4)計算，此公式的計算值，是管子的綜合彈性模量，包含管子剪切變形的。若要測量管子材料的彎曲彈性模量，必須從管子取標(biāo)準(zhǔn)彎曲試樣，按文獻(xiàn)[1]進(jìn)行測試。
式中：Ef――管子彎曲模量，MPa；
P――線性載荷時，或30％PB時的載荷，N；
――同式(1)
f――試樣中點(diǎn)，對應(yīng)P時的撓度，mm；
D、d――同式(1)
4 討 論
對于普通玻璃鋼／復(fù)合材料管子，包括航天上應(yīng)用的碳纖維復(fù)合材料管子[4][5]，在進(jìn)行管子彎曲試驗(yàn)時，均要在管子的加載處和兩端支承處，在管子內(nèi)加上一定長度的橄欖型的塞子，有金屬材料，也可用玻璃鋼或木材的。這樣測出的管子彎曲性能與材料的拉、壓、彎剪等性能相當(dāng)，可以作材料性能指標(biāo)。
對于電纜保護(hù)管，一方面在使用中僅有電纜，接近于能自由變形，另管直徑都要大于100mm，較大，無法在萬能試驗(yàn)機(jī)上按標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行試驗(yàn)。因此，只能規(guī)定統(tǒng)一的1米支距進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)。并盡量與實(shí)際使用情況相近，在加載、支座處加上墊板。若有條件，用與試驗(yàn)管子配合的管枕更好。在試驗(yàn)室里，為了適應(yīng)不同規(guī)格的電纜保護(hù)管，采用夾角120°的墊板是合適、科學(xué)的。這樣測出的彎曲性能，有實(shí)用價值，也可作設(shè)計部門的技術(shù)指標(biāo)。我們正準(zhǔn)備申請制訂玻璃鋼／復(fù)合材料管彎曲性能試驗(yàn)方法國標(biāo)。
5 結(jié) 論
經(jīng)我們長期對玻璃鋼復(fù)合材料管子試驗(yàn)以及上述分析討論，可以得出下列結(jié)論：
(1)對于如電纜導(dǎo)管這樣的管子，進(jìn)行彎曲試驗(yàn)所測得的彎曲強(qiáng)度、彈性模量，是一個綜合性能指標(biāo)，不是該管子材料的彎曲性能。
(2)對于夾砂的電纜導(dǎo)管，必須進(jìn)行剪切強(qiáng)度計算。
(3)對于撓度，以與支距之比的百分?jǐn)?shù)表示更合理，這可以與設(shè)計部門對撓度的要求相比較。
(4)對于小直徑的玻璃鋼復(fù)合材料管子，特別是用于航天航空的碳纖維復(fù)合材料管子，必須在加載及二支座處塞進(jìn)橄欖型的塞子及合適的，／d比，以保證測得真實(shí)的管子彎曲性能。
(5)由于目前還沒有復(fù)合材料管子彎曲試驗(yàn)方法，針對現(xiàn)有管子應(yīng)用情況，非常需要有這樣一個國標(biāo)，有利于管子質(zhì)量檢驗(yàn)，提供設(shè)計部門有關(guān)性能數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)
【1】GB／T 1449纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)方法。
【2】GB／T 13096.2拉擠玻璃纖維增強(qiáng)塑料桿彎曲性能試驗(yàn)方法。
【3】GB／T 3356單向纖維增強(qiáng)塑料彎曲性能試驗(yàn)。
【4】周祝林等，碳纖維復(fù)合材料圓管性能研究，見：第十五屆玻璃鋼／復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會論文集，北京，《玻璃鋼，復(fù)合材料》編輯部，2003。
【5】周祝林等，碳纖維復(fù)合材料方管的性能研究，《玻璃鋼／復(fù)合材料》，1998，N3：14。
【6】GB／T 5352纖維增強(qiáng)熱固性能塑料管平行板外載性能試驗(yàn)方法。
【7】JC／T 988 電纜用玻璃鋼保護(hù)管。