玻璃钢设备计算案例资料.

3.1.5按限定应变准则计算示例

设计一个玻璃钢稀硫酸加酸罐，浓度35%，密度1.25，工作压力常压，介质装液4m 3。总高限制4 m ，地面面积限制10m 2。自然进出工质，出液口高度不限，接管、液位显示按工艺条件指标要求执行。

1.选材及铺层设计

树脂选用不饱和聚酯树脂3301作内外表面层。191作强度层，E m =3×103MPa ；ρm =1.25g/cm 3，υm =0.35。

增强材料选用中碱正交平衡无捻粗纱方格布和玻璃纤维短切毡。玻璃布单位面积质量800g/m 2，玻璃布玻璃钢的树脂重量含量为35%。短切毡采用纤维d=10μm ；L=50mm 的无纺布；毡布单位面积质量450g/m 2。短切毡玻璃钢的数脂含量为45%。E f =7.5×105MPa ；ρf =2.5 g/cm 3；υf =0.18。

用选择的树脂和纤维织物，通过将来制作设备的工人按照工艺制作出大量试样。试样在硫酸浓度35%的介质中浸泡后测试，拉伸应变在0.105%后产生声发射。确定限定的应变值为0.095%。

铺层的层间结构采用内防腐蚀层-过渡层-强度层-外防腐层的铺层。内防腐蚀层树脂含量80%，厚度1mm ，表面毡增强；过渡层树脂含量60%，厚度2mm ，短切毡增强；强度层由玻璃布和短切毡的单层板交替铺叠；外防腐层的树脂含量80%，厚度1mm ，表面毡增强。

2. 容器几何设计

容器总体积：4÷0.8=5 m 3，装入80%体积为4m 3。

容器直径和筒体长度：选用标准椭圆封头，总体积由筒体和封头之和。 按 V =π(D i 2)2L +π12D i 3

取筒体长径比D i =0.618×L ， 则：

5×109=π(D i 2)2D i 0.618+π12D i 3 即 5×109=1.53D i 3 所以：D i =1483mm 。

筒体长度：L=D i ÷0.618=1483÷0.618=2400mm 。

容器公称直径通常由制造商的现有模具来选择一个最接近数值的模具；如果是单件非标定制，则按接近于计算值的规整数。而相关几何尺寸的标准也是规定模具后的数值，以便于模具尽量多的重复使用。这里考虑到直径小一点有利于减薄壁厚，也有标准直径可选，所以选择直径为：

D i =1400 mm 。

由此计算直径1400 mm 的筒体长度：

5×109=π(14002)2L +π12

14003 L=2781，筒体长度取2781 mm ；

容器总长=L+2H=2781+2×0.25×1400=3481 mm

容器相对较长，选择卧式安放为好，这也可以降低设计压力。初步估计加上进料、出料接管总长可以控制在参数要求4米范围内。

罐内液体介质静压：考虑到操作失误出现满罐通过溢流管流出的情况，介质高度选用1.4m 。

P=ρ×h =1.25×1.4=1.75，设计压力 P=0.175MPa

3.单层板参数计算

玻璃布单层板用胶量：

单位面积单层板的树脂用量如下：

W sm=W f W m

1−w m

=

800×0.35

(1−0.35)

W sm=430 g/m2玻璃布单层板厚度：

t=W f

ρf

+

W f W m

(1−W m)ρm

=

800×10−4

2.5

+

800×10−4×0.35

(1−0.35)×1.25

t=0.032+0.034cm t =0.66mm

这里计算时应该考虑数据的物理意义，便于理解。玻璃贡献了0.32的厚度，树脂贡献了0.34的厚度。说明施工技能很重要，一方面树脂要刷平、按照单位面积单层板的树脂用量刷够；另一方面不能用太大的力碾压纤维织物，否则单层板的下部玻纤含量高，上部树脂含量高。

玻璃布单层板纤维体积分数：

V f=

ρmM

f

ρmM

f

+ρfM

m

=

1.25×0.65

1.25×0.65+

2.5×0.35

V f=0.48，按平衡布特性，纵横向 V fL= V fT=0.24玻璃布单层板树脂体积分数V m=1−V f=0.52

短切毡单层板的树脂用量：

W sm=W f W m

1−w m

=

450×0.5

(1−0.5)

W sm=450 g/m2短切毡增强单层板厚度：

t=W f

ρf

+

W f W m

(1−W m)ρm

=

450×10−4

2.5

+

450×10−4×0.5

(1−0.5)×1.25

t=0.018+0.036=0.052cm=0.52mm 短切毡单层板体积分数：

V f=

ρmM

f

ρmM

f

+ρfM

m

=

1.25×0.50

1.25×0.50+

2.5×0.50

V f=0.33

短切毡增强层单层板的树脂体积分数V m=1−V f=0.67

4.玻璃布单层板的设计应力

单层板的纵向弹性模量：

E L=E f×V fL+E m×V m=7.5×104×0.24+3×103×0.52

=1.8×104+1.56×103=19560MPa

从上式数据可见纤维的贡献是树脂的10多倍，原则上纵向弹性模量只用纵向纤维体积分数，但是树脂却都作了贡献，所以树脂使用全部的体积分数。

单层板的横向弹性模量：

1 E T =

V fL

E f

+

V m

E m

=

0.24

75000

+

0.52

3000