玻璃钢课程设计指导书汇总.docx
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玻璃钢课程设计指导书汇总
非金属设备设计
课程设计指导书
四川理工学院材料科学与工程教研室
2007.9
设计概论——目的与意义
设计（Design）一词由拉丁文“制造出”（Designare）转变而来，它指发展的程序，细节，趋向以及达到某种特殊的境界的过程。
其涵义十分广泛，包括制造或者创造，发明新事物的思维，拟定或改造计划，安排活动等内容，即是一创新的过程。
本课程设计的内容，忠实地体现出设计的本质含义。
我们知道对于玻璃钢（FRP）/复合材料，与其说是材料，倒不如说是结构更为确切。
要把玻璃钢材料设计成需要的产品，必需经由从零次结构，一次结构，二次结构，三次结构（产品）的这一过程。
这种多层次性为复合材料及其结构设计带来了巨大的灵活性。
复合材料和常规材料的显著区别在于它是一种非均质的，各向异性的，性能可设计的材料，因而它赋予设计者的自由度要大得多。
为了获得优化的材料和结构，应该使复合材料的特点得到充分的发挥。
其次，在整个设计过程中，涉及到的知识面比较广泛，如所学的工程力学，材料学，制造工艺学，复合材料学，腐蚀理论，制图等课程，以及其它有关的肉容；同时涉及各方面的计划与选择。
如何在设计中体现FRP的优点？
怎样满足设计的要求？
如何使产口结构与制造工艺最优化？
原材料耗费最低？
设计成本最低等？
以及施工简便，周期短，经济效益显著等一系列问题，都将在设计的每一个细节中体现出来。
所以设计不仅是一种期望，设想的过程，而是要将出色的设想变为现实的过程，并拟定出具体的技术方案，变成一种图纸上的模型并用于实施、制造。
本课程设计仅从一些简单的设计题目入手，通过一定的煅炼和实践，目的是综合所学知识来解决问题，并从中感受方法的重要性和必要性。
2．课程设计的基本内容
2．1课程设计的基本内容
设计的任务，是确定产品的结构，技术经济指标和主要零部件，并编制必要的技术文件。
在本课程设计中，要求独立完成设计的全过程，绘出图纸（1号图纸，总装配图），并写好设计说明书。
（1）设计说明书的主要内容：
封面
技术特性（即设计参数）
设计过程：
材料选择、选型、强度及材料性能估计、强度、刚度、稳定性设计、壁厚计算、结构设计、加强圈设计、校核、开孔、补强、附件设计等。
制造工艺设计：
模具、施工工艺、固化制度、后加工、热处理、焊接、粘结等。
材料及其它费用的估算
参考资料
（2）制图
工作图包括产品的总装配图和部件装配图，零件图及明细表。
本次课程设计只要求画总装配图，其中要把构成产品的全部各种零件，部件，标准件，配套件等表示出来。
工作图是要据设计任务书和设计说明书来设计的，这是产品制造过程的依据，必须按照绘图规范制图。
图中必须注意点、线、面、标注等；选择合适的比例、尺寸、公差配合以及各种局部视图；考虑加工工艺的要求并注明技术条件等。
要按照制图的先后顺序绘制，保持图面清洁。
2．2材料及其主要费用的估算
成本的估算是衡量一个设计是否成功的重要标志之一。
要分清材料费用及成本、出售价三者之间的差别和包含的内容（详细内容可参考有关的书籍）。
在本次课程设计中，可以简单估算。
2．3课程设计题目
（1）FRP气体混合罐的设计（立式）
技术特性：
工作压力：
0～1.5㎏/cm2
工作温度：
常温
工作介质：
HCl等气体
容 积：
5m3（立式）
接管：
一次气入口，二次气入口，循环尾气入口，混合气入口，混合气出口，放空管，排污管。
计算参数：
SM：
45g/m2，Am=90%
CSM：
450g/m2，Am=70%
WR：
中碱400型，Am=50%
Ef=7×105Kg/cm2，Em=0.35×105Kg/cm2
[]=0.1%=1
Vf=0.22Vm=0.35
[]=0.1%=1
f=1.5×104Kg/cm2m=500Kg/cm2
（2）FRP卧式贮槽设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温
工作介质：
HCl液体（35%,r=1.162）
容 积：
10m3
接管：
人孔、进料口、排气口、液位计、液封、出料口、排污口、压力计。
计算参数：
同
（1）
（3）FRP立式贮槽设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温
工作介质：
HCl液体（35%,r=1.162）
容 积：
30m3
接管：
人孔、进料口、排气口、液位计、出料口、排污口、压力计、液封。
计算参数：
同
（1）
（4）FRP硫酸计量罐（卧式）设计
技术特性：
工作压力：
0～－0.8Kg/cm2
工作温度：
<50℃
工作介质：
60％H2SO4（r=1.161）
容 积：
2.5m3
接管：
液面计、压力计、排气口、进料口、出料口、进气口、抽气口。
计算参数：
同
（1）
（5）FRP硫酸计量罐（立式）设计
技术特性：
工作压力：
0～－0.8Kg/cm2
工作温度：
<50℃
工作介质：
60％H2SO4（r=1.161）
容 积：
20m3
接管：
液面计、压力计、排气口、进料口、出料口、进气口、抽气口。
计算参数：
同
（1）
（6）FRP磷酸卧式贮罐设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温、
工作介质：
磷酸（40%）
容积：
20m3
接 管：
入孔、液位计、进料口、出料口
计算参数：
同
（1）
（7）FRP立式贮罐设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温、
工作介质：
磷酸（40%）
容积：
30m3
接 管：
入孔、液位计、进料口、出料口
计算参数：
同
（1）
（8）FRP磷酸高位计量槽设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温、
工作介质：
磷酸（40%）
容积：
5m3
接 管：
人孔、液位计、进料口、出料口
计算参数：
同
（1）
（9）FRP盐酸高位计量槽设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温
工作介质：
HCl液体（32%）
容 积：
5m3
接管：
进料口、排气口、液位计、出料口、压力计，水封。
计算参数：
同
（1）
（10）FRP氯化氢尾气洗涤塔设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温
工作介质：
HCl液体（0～3%）
工艺尺寸：
φ600×12000
接管及附件：
进气口、排气口、液位计、进液口、排液口、排污口、压力计，筛板6个。
计算参数：
同
（1）
（11）FRP氯化铵干燥尾气洗涤塔设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<50℃
工作介质：
氯化铵液体（1～5%）、空气
工艺尺寸：
φ2000×10000
接管及附件：
进气口、排气口、液位计、进液口、排液口、排污口、压力计，筛板6个。
计算参数：
同
（1）
（12）FRP水气分离器设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<50℃
工作介质：
盐酸液体（1～5%）
工艺尺寸：
φ2000×6000
接管及附件：
进气口、排气口、液位计、进液口、排液口、排污口、压力计，捕液器4个。
计算参数：
同
（1）
（13）FRP盐酸转运槽车设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<40℃
工作介质：
HCl（5%,r=1.162）
容 积：
5m3
接 管：
人孔、进料口、出料口、液位计
计算参数：
同
（1）
（14）FRP硫酸转运槽车设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<40℃
工作介质：
H2SO4（20%）
容 积：
3.5m3
接 管：
人孔、进料口、出料口、液位计
计算参数：
同
（1）
（15）FRP磷酸转运槽车设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<40℃
工作介质：
磷酸（30%）
容 积：
3.0m3
接 管：
人孔、进料口、出料口、液位计
计算参数：
同
（1）
（16）FRPHF尾气洗涤塔设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
常温
工作介质：
HF液体（1～5%）
工艺尺寸：
φ400×12000
接管及附件：
进气口、排气口、液位计、进液口、排液口、排污口、压力计，筛板6个。
计算参数：
同
（1）
（17）R-PVC卧式贮槽设计
技术特性：
工作压力：
常压
工作温度：
<50.C
工作介质：
HCL（35%,r=1.162）
容 积：
20m3
接 管：
液面计、压力计、排气口、进料口、出料口、人孔
计算参数：
（20）＝500Kg/cm2（自取）
3 玻璃钢课程设计的相关知识
3.1玻璃钢力学基础
复合材料的强度受许多因素的影响，这些因素包括各组分的机械不相容性、基体和增强材料的弹性塑性变形行为差异以及它们之间结合键的强度、组分材料的体积分数和外加载荷的方向等。
由于这些因素的影响，复合材料的变形行为很复杂，许多问题尚未认识清楚。
最简单的情况是纤维沿同一方向排布的复合材料层板（单向板），对于纤维排布方向不同的复合层合板的力学性能，可以根据单向板的性能用层板理论求得。
因此，单向板的性能是研究复合层板性能的基础。
3.1.1连续纤维增强单向板的强化原理及性能
在轴向载荷作用下，假设纤维增强单向板其纤维的强度是均匀的，那么纤维和基体所承受的载荷以及复合材料的强度在很大程度上取决于纤维的长度。
对于连续长纤维增强的复合材料，在受到沿纤维方向的拉应力作用时，假定纤维与基体粘结牢固，界面完整，它们之间没有相对滑动，纤维和基体不发生塑性变形，并且忽略了纤维和基体泊松比不同引起的附加应力，那么整个材料的纵向应变可以近似认为是均匀分布的，即复合材料、纤维和基体具有相同的应变
1
式中，εL、εf和εm分别表示复合材料、纤维和基体的应变。
由于外加载荷由纤维和基体共同承担，则应有
2
式中，σL、σf、σm表复合材料、纤维和基体的应力；AL、Af和Am分别代表复合材料、纤维和基体的横截面积。
由上式得复合材料的纵向弹性模量EL和泊松比μLT与纤维和基体的弹性模量Ef、Em。
及泊松比μf、μm的关系为
3、4
式中，Vf为复合材料中纤维的体积分数，上述方程称为混合定律，尽管该方程忽略了纤维和基体不同泊松收缩所引起的附加应力影响的条件下导出，然而试验表明，这种忽略所引起的误差很小。
如果纤维继续弹性形变，而基体发生了塑性变形，则下式给出
5
式中，（dσ/dε）ε表示基体应力—应变曲线在给定应变ε处的斜率。
对于树脂基体和应变速率很低的基体材料，式中的第二项可以忽略不计，这样EL可近似地由下式计算
6
在弹性变形阶段，由式1和3得
7
玻璃纤维、碳纤维和Kevlar49纤维在断裂前可近似地看作是线弹性的，但是树脂基体应力应变行为通常表现为非线弹性，断裂前可能发生很大的粘弹性变形，因此在平行于纤维方向的拉伸应力作用下，由式2以及Vf+Vm＝1，Vf＝Af/A，Vm＝Am/A得
8
复合材料单向板在拉伸载荷作用下的行为与纤维和基体的相对断裂应变有关。
假设树脂作为基体材料制成单向板后，拉伸断裂应变不发生变化，则需要考虑两种情况，εf＞εm和εm＞εf，εm和εf分别为纤维和
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