第4章 游艇的结构设计1

裂而影响整个玻璃钢的强度。
值得注意的是，如果把没有加催化剂的树脂浸透到玻璃纤维表
面，两者并不能结合在一起，所以，在使用时一定要记住加催
化剂和加速剂，否则，无法生产出合格的产品。 加速剂是帮助催化剂加速反应的物质。有些树脂在制造时已经 预先加好，在使用时，只要加适量的催化剂就行。
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4.2游艇的建造材料
（1）、玻璃钢应用的优点 玻璃钢应用在游艇上有许多优点，概括起来有： ④ 强度较强。玻璃钢的强度稍逊于钢，与高强度铝合金接近。 但如果按强度/重量比来算，玻璃钢要比后两者要高得多。此外 ，由于玻璃钢纱布具有方向性，所以，可在受力较大的方向上 铺设更强的玻璃纤维，这样，材料的应用更加有效。 ⑤ 形状杂、颜色多。玻璃钢材料在各种复杂曲面上铺设相对容 易，这样，如果批量生产，其建造成本也能降低。另外，只要 在外层胶壳树脂中加一点染料，就可把艇体做成客户喜好的颜
有很大不同，所以，对游艇的结构设计要求更高，在重量最轻
的同时，其强度和刚度也要达到要求。
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4.1概述
现代游艇建造材料主要有两种，一种是玻璃钢，另一种为
高强度铝合金。中、小型游艇绝大多数选用前者，大型游艇选
用两种材料的都有。
本章重点介绍玻璃钢这种建造材料的基本特性，强度计算
，结构设计以及一些铺层（Lamination）细节。
在艇底，所以，在艇底也需要刷防污漆。
② 渗水率低。中小型玻璃游艇一般是在一个模具内整体成形 ，没有接缝且渗水率低，所以，其防水性好，非常适合在游艇
上应用。
③ 重量较轻。与相同尺度的钢结构艇相比，一条玻璃钢游艇 的艇体重量大约只占后者的一半左右，与高强度铝合金艇的重 6 量相比，差距不大。
4.2游艇的建造材料
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注意某些应力集中的部位要适当加强。
4.2游艇的建造材料
（2）、玻璃钢应用的缺点 ③ 结构振动、不耐磨损。在主机基座处和螺旋桨上方的结构如 果没有适当加强，很可能引起结构振动。才外，玻璃钢的耐磨
损能力较低，所以，在那些易磨损的区域，要有适当的保护。
④ 易燃烧。玻璃钢材料中的树脂是一种可燃性物质，如果一 旦着火，它会火上添油，祝其燃烧。但也有一些树脂是阻燃性 的，在着火后，一旦移去火源，火势会逐渐减弱。 尽管玻璃钢在游艇上应用有这些缺点，但与其众多的优点比 起来却显得微不足道，况且这些缺点还是可以克服的，有些缺点实
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（2）、玻璃钢应用的缺点 ① 不饱和聚酯树脂。不饱和聚酯树脂分两种：邻苯二酸（ Orthophthalic）型——以下简称ORTHO型，间苯二酸（
Isophthalic）型——以下简称ISO型。前者由于价格较低，在
游艇建造中最常见，后者由于防水性较好、延伸率较大，多用 在艇体外面的胶衣或外层。但其价格较贵，在艇上全部使用这
游艇设计基础
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第4章 游艇的结构设计
一、概述 二、游艇的建造材料 三、玻璃钢的性能计算 四、游艇的结构设计
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4.1概述
游艇的结构就像人体的骨骼一样支撑着整个艇体，其重要
性不言自明。与普通船相比，最大差别在于游艇使用的材料和
结构形式。由于排水量对游艇的性能影响非常大，所以，为了 减轻其排水量并保持足够的强度和刚度，现代游艇一般选用轻 型材料，像玻璃钢、高强度铝合金等。 另外，由于游艇航行的速度较高，其受力与普通船的受力
600ELR（ 00 ，0.60kg/m2）, 800ELR（ 00 ，0.80kg/m2）。
ELR代表E型单向00玻璃纤维布。玻璃纤维含量大约在55%左 右。
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4.2游艇的建造材料
（3）、单向布（UDR）
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4.2游艇的建造材料
（4）、短切-缝纱布（RM） 短切-缝纱布已经广泛应用于游艇的建造中，如图所示。 它是短切毡和缝纱布的一种组合，目的是发挥它们各自的优点 ，弥补其不足，特别是避免出现缝纱布层间黏结性较弱、易发 生层间剥离的问题。常用的规格有三种： 600/113ELTM（ 00 /900 ，0.60+0.11 kg/m2）, 800/225ELTM（ 00 /900 ，0.60+0.23 kg/m2）,
的使用寿命也长。万一有任何地方受损，维修起来也非常容易。
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4.2游艇的建造材料
（2）、玻璃钢应用的缺点 当然，像任何优秀的材料一样，玻璃钢在游艇上的应用也有其 缺点，可用两句话形容：刚度不足易疲劳，振动易燃不耐磨。 具体解释为： ① 刚度不足。玻璃钢的弹性模量E大约是钢的1/15,高强度铝 合金的1/5，所以，在相同的载荷下，玻璃钢游艇的刚度较小 、更容易变形。 ② 疲劳、失稳强度低。玻璃钢的弹性模量低，这也使得那些 受压构件和嵌板更易失稳。另外，它的疲劳强度也相对较低， 在考虑设计载荷和安全系数时，要充分注意。除此之外，还要
600/113EBXM（ +-450 ，0.60+0.11 kg/m2）。
ELTM, EBXM分别代表E型双向正交00/900, +-450玻璃纤维布和 短切毡。玻璃纤维含量取决于短切毡所占的重量比。
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4.2游艇的建造材料
（4）、短切-缝纱布（RM）
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（5）Leabharlann Baidu编纱布（WR） 如图所示，编纱布是一种过去普遍使用的增强材料，与缝 纱布类似，它也是把由多股细股纱组成的无捻粗纱在经纬向按 不同的织法编成的较厚纱布。它的抗冲击能力也较强，铺层也 较厚，在复杂表面成形也较难，层间黏结性更弱，在+-450 的 方向上强度较差，另外，由于粗纱的交叉编织会产生波浪形起 伏，受力后展延较大，所含树脂比例也较高，所以，其强度会
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4.2游艇的建造材料
（1）、基础材料——树脂 常用的树脂有三类：① 不饱和聚酯树脂（Polyester Resin） ；② 乙烯基树脂（Vinylester Resin）； ③ 环氧树脂（ Epoxy）。前一种树脂在游艇建造中应用广泛，第二种应用也 有增加的趋势，最后一种只在特殊情况下才被使用。这几种树 脂的性能见表4-1。
2、增强材料——玻璃纤维 玻璃纤维有多种，在游艇制造中最常用的是E型玻璃纤维 。该种材料的化学稳定性高、抗潮性好，而且价格也比较便宜
。还有几种玻璃纤维，像S型等，同E型玻璃纤维相比，虽然
它们的强度、刚度、抗疲劳性都比较好，但由于价格更高，在 游艇中应用不多。此外，还有一些性能更优越的纤维，像 Kevlar纤维、碳纤维等，它们的价格更高，只有在对排水量要 求特别严格的艇上才应用，有时也局部用在载荷特别大的区域 。这几种纤维的性能见表4-2。
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4.2游艇的建造材料
1、简介 严格来讲，玻璃钢应该称为玻璃钢纤维增强塑料
（Fiberglass Reinforced Plastic）。
它由两部分材料构成：玻璃纤维和树脂（Resin），如下
图所示：
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4.2游艇的建造材料
（1）、玻璃钢应用的优点 玻璃钢应用在游艇上有许多优点，概括起来有： ① 抗腐蚀性强。玻璃钢游艇即使长期使用，也不会受到海水的 腐蚀，但和其他材料的游艇一样，时间一长也会有海蛎子等附
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4.2游艇的建造材料
2、增强材料——玻璃纤维
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4.2游艇的建造材料
2、增强材料——玻璃纤维
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4.2游艇的建造材料
（1）、短切毡（CSM） 现代游艇建造中几乎都需用到短切毡，如图4—3所示。它 是将细股纱切成4~5 cm的短纱，并用黏合剂随机而均匀地黏 结在一起形成的股毡。常用股毡的规格有三种：300 CSM（ 0.30 kg/m2）, 450 CSM（0.45 kg/m2）,600 CSM （0.60 kg/m2）。CSM代表短切毡。玻璃纤维含量大约在30%左右。 由于短切毡内的玻璃纤维并不连续，而且铺层内的玻璃纤 维含量较少，所以，用这种材料铺成的层板强度较低，但它也
随起伏度的增加而降低。现在常被缝纱布取代。
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4.2游艇的建造材料
色。其中白色最普通，也有深蓝、浅绿、淡黄等各种各样的颜
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色。
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（1）、玻璃钢应用的优点 玻璃钢应用在游艇上有许多优点，概括起来有： ⑥ 维护易、寿命长。玻璃钢游艇由于不怕海水的腐蚀，所以， 除了隔一段时间需要铲去艇底的海蛎子等并刷上新防污漆外，
基本上不需要额外的维护，这样，不仅维护成本较低，而且艇
际上已经被克服。事实充分证明，玻璃钢材料非常适合游艇的应用 10
，多年来，用玻璃钢建造的游艇早已是整个游艇界的主力。
4.2游艇的建造材料
2、玻璃钢的材料构成 玻璃钢主要由两种原材料组成：
基础材料——树脂；增强材料——玻璃纤维。此外，在使
用时还需要加一些微量添加剂，像催化剂、加速剂、阻化剂、 稀释剂。
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4.2游艇的建造材料
（3）、单向布（UDR） 如图所示，单向布常用在游艇上的一些特殊地方。它由多 条无捻粗纱在径度（00）方向平行缝制而成，背面有一层网状 细纱。因此，在（00）方向上强度高，相反在900方向就很差 。所以，当游艇上某一部位在（00）方向上需要提高强度的话 ，单向布就是最好的选择。虽然该方向的强度有很大提高，但 重量却增加不多。其缺点是价格稍贵。常用的规格有两种：
③ 单向布（Unidirectional Roving，简称UDR）,
④ 短切—缝纱布（Roving—Mat，简称RM）。还有一种玻璃 纤维——编纱布（Woven Roving，简称WR）在过去也常见 ，但现在已不多见。下表4-3是这四种玻璃纤维制成玻璃钢后 的性能比较，图4-2为它们的异向性能比较。
有优点，如水密性好，树脂浸透性好，层间黏结性强，成品外
观漂亮，强度无异向性，复杂面上作业易，成本较低等。多用 在紧邻胶衣的最外层以及弯曲应力较低的中间几层。
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4.2游艇的建造材料
（1）、短切毡（CSM）
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（2）、缝纱布（KR） 缝纱布现在最常用，如图4—4所示。它是由多束无捻粗纱 （Roving）缝制层的纱布，厚度和方向可以根据需要调整，有 双层双向（00/ 900或+-450 ）、三层三向等。常用缝纱布的规 格有多种：600ELT（ 00/ 900或，0.60 kg/m2 ）， 800ELT（ 00/ 900或，0.80 kg/m2 ）， 600EBX（ +-450，0.60 kg/m2 ） ， 800EQX（ 00/ +450 / 900 / -450 ,0.80 kg/m2 ）。ELT代表E
强度高、耐磨损性好、延伸率最大、收缩率最小、渗水率也最
低，常常用于修理或部件之间的黏结。在使用时要注意，虽然 它可以覆盖在硬化的聚氯乙烯树脂上，但反过来却不行。有时
环氧树脂也用于高性能材料上。但其高昂的价格限制了它在游
艇建造中的广泛应用。
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4.2游艇的建造材料
（2）、玻璃钢应用的缺点 在选用树脂时，不仅要考虑其强度，更要检查其断裂时的延伸 率，树脂的延伸率最好比玻璃纤维的要大一些，以免树脂先断
型双向正交00 / 900 玻璃纤维布，EBX代表E型双向正交+-450
玻璃纤维布，EQX代表E型四层多项玻璃纤维布。玻璃纤维含 量大约在50%左右。
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（2）、缝纱布（KR）
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（2）、缝纱布（KR） 缝纱布的无捻粗纱是连续的，它的纱束方向和层数有多种 选择，所以它的方向差异性是可调的。在与纤维一致的方向上 要比短切毡的强度高许多，是外载荷的主要承受者。此外，它 的铺层较厚，抗冲击能力比较强。但层间黏结性稍弱。如果铺 层较厚，在复杂表面成形也较困难。
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4.2游艇的建造材料
2、增强材料——玻璃纤维
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4.2游艇的建造材料
2、增强材料——玻璃纤维 玻璃纤维是先将玻璃熔化后抽成只有头发直径1/10的微丝 ，再把众多的微丝结合在一起组成细股纱（Strand）。 在游艇建造中常用的增强材料有四种： ① 短切毡（Chopped Strand Mar，简称CSM）， ② 缝纱布（Knitted Roving，简称KR），
种树脂成本相对较高。
② 乙烯基树脂。乙烯基树脂与不饱和聚酯树脂有些类似，但有 更多的优点，如更高的强度，更大的延伸率，更小的密度，更 低的渗水率等。常结合更强的纤维一起使用，但价格是不饱和
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聚酯树脂的2倍左右。
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（2）、玻璃钢应用的缺点 ③ 环氧树脂。环氧树脂虽然表面上与前两种树脂相似，但实际 上它们并不是一个家族。与上述两种树脂相比，环氧树脂黏着