淺析耐滲FRP結構物設計的實際意義和應用方向

    目前,此類產品沒有統一的設計標準,各種文獻資料中所述標準不一,總體上看設計水平屬于半經驗半理論的水平,在設計實踐中無標準可遵循,或顯得太保守,或設計不合理造成質量事故,為提高設計水平有必要認真的總結以往的經驗和理論,并配以新的理論分析和實驗研究,使設計更好的實現安全、可靠與經濟的統一。
  對各種理論的評析貯放液體的容器或置于液體中的結構物滲漏了,這意味著在器壁上形成了足以使液體流過器壁的通道,因此我們要制定耐滲結構物的設計準則即是要找到使介質不通過容器器壁的條件。那么上述幾種理論哪一個很好地揭示了容器器玻璃噴漆機壁不形成通道的條件呢其試驗基礎和理論基礎如何2.1關于限定應力理論該理論沒有從機理上闡明與滲漏之間的內在聯系,從不滲漏到滲漏的臨界狀態為該種結構物的正常使用極限狀態,稱為耐滲極限狀態,而RB是相應于材料的承載能力極限狀態的應力值,以RB除以一安全系數作為,用于討論承載能力狀態的破壞是合適的,用于討論正常使用狀態的破壞問題就不合適了,實際上這樣定出的在概念上把兩種破壞狀態(相應地存在著兩種安全狀態)混為一談了,耐滲設計時的應為耐滲極限應力值除以一安全系數。問題的關鍵在于要確立耐滲極限應力的概念,并在進行FRP力學性能測試時加上耐滲極限應力測試這一項。
  籍于此由強度理論衍生出來的耐滲結構物的設計理論均易于掩蓋問題的本質,把人的認識引入歧途,且容易讓不搞復合材料的人對復合材料產生誤解,以為復合材料根本不是一個成熟的材料,否則安全系數為什么要取那么大呢2.2關于限定應變準則的具體數值是怎樣確定的呢英國科學家M.J.Owen博士在研究工作中得出結論,以后A.Rotem,Megarry,L.S.Norwood等人的工作又進一步支持了Owen的結論。Owen的研究表明玻璃鋼的力學破壞的過程為在低應力下纖維與樹脂界面先發生脫粘破壞,出現須用顯微鏡方可找到的初始微裂紋,當應力增加到一定水平時接著發生樹脂基體的破壞,后是纖維斷裂,試樣全面破壞。從短時靜拉伸試驗數據看,可以認為發生脫粘破壞的應力水平大體在30%極限強度的水平,在很低的疲勞次數下應變水平不大于0.3%,在疲勞次數為103106范圍內,對應的大應變僅在0.1%0.2%左右。
  FRP/CM2000.No.32000年5月5玻璃鋼/復合材料增強的玻璃鋼相應應變(約為0.3%)水平約30%,幾個人的結論基本一致,而且都將材料發生初始微裂紋的狀態視為材料的耐滲極限狀態。這個研究方向無疑是正確的,但在實際應用時仍有很大局限。其一,目前該理論僅給出了的一個范圍,而不是一個具體的值,在設計某一耐滲結構物時具體取何值仍是一個問題;其二,因為該范圍的上限和下限要差一倍(甚至三倍),也沒能給出它與介質、溫度、使用過程中的疲勞荷載等的定量關系,應該說以其來指導實踐仍難以在安全、可靠、經濟方面給出令人信服的優化結果;其三,FRP耐滲結構物在制作過程中增強材料、基體材料、填料的種類很多,而且隨著玻璃鋼原材料工業的發展,這些材料的性能也在發展之中,以上的數據是60、70年代測試的,用其來指導今天的實踐存在隱性浪費的可能。當然,隨著市場經濟的發展和競爭的加劇,有些原材料生產企業存在偷工減料的問題,因此若采用這些企業的原材料即使仍用原來的的數據,設計出來的產品則是不安全的;其四,該的數據沒有指出它與各組分材料的關系,而實際上各組分材料選用的不同復合后初時應力(工藝應力)是不同的,初時應力的大小對脫粘應力的大小是有影響的,本理論沒有反映進去。
  由此,我們可以看出Owen博士揭示的FRP結構物耐滲的極限狀態是纖維與樹脂界面不發生脫粘破壞的極限狀態,其表征值可以是脫粘應力,也可以是脫粘應變。就此意義而言,文獻<3>中所稱用聲發射技術確定進而指導耐滲FRP結構物設計的方法仍屬于采用Owen表征量的設計方法,只是指出了R的變異性,不應一味地視=0.1%0.2%.