近幾年，玻璃鋼產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的迅速發(fā)展，玻璃鋼產(chǎn)品也在我們周圍逐漸普及，目前世界各國(guó)開(kāi)發(fā)的玻璃鋼產(chǎn)品的種類已達(dá)4萬(wàn)種左右，主要應(yīng)用在建筑行業(yè)、化學(xué)化工行業(yè)、汽車及鐵路交通運(yùn)輸行業(yè)、船艇及水上運(yùn)輸行業(yè)、電氣工業(yè)及通訊工程等領(lǐng)域。珠海作為玻璃鋼船艇制造業(yè)的基地，每年生產(chǎn)和制造的船艇上百艘，通過(guò)對(duì)這些船艇設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的檢驗(yàn)，我們對(duì)玻璃鋼材料的特性有了一定的認(rèn)識(shí)和了解，同時(shí)，通過(guò)對(duì)船艇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的審查，對(duì)于容易出現(xiàn)的問(wèn)題，提出了本人的一些見(jiàn)解。
                   
一、玻璃鋼材料的特性

       玻璃纖維增強(qiáng)材料GFRP（Glass fiber reinforced plastics），國(guó)內(nèi)在習(xí)慣上稱為玻璃鋼，主要成分是以合成樹(shù)脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料.
 

       玻璃纖維的原理就是將融熔態(tài)的玻璃以極快的速度拉制成纖維，拉制的纖維具有一定的柔韌性，可用于紡織成紗或各種形式的玻璃布。玻璃纖維具有的特點(diǎn)是：① 抗拉強(qiáng)度很高，強(qiáng)度與纖維的粗細(xì)成反比；② 耐熱性低，250°C以上就開(kāi)始軟化；③ 化學(xué)穩(wěn)定性高，除氫氟酸和濃堿等少數(shù)介質(zhì)外，對(duì)絕大多數(shù)化學(xué)介質(zhì)都有較好的穩(wěn)定性；④ 脆性較大，伸長(zhǎng)率只有3%左右，表面光滑，不易與基體結(jié)合，需經(jīng)表面處理來(lái)提高與基體的結(jié)合力。

       玻璃鋼材料因?yàn)椴皇翘囟ㄎ镔|(zhì)的概念，而是材料使用方法的概念，所以它不受特定材料性能的限制，可以通過(guò)選擇不同組合、自由的設(shè)計(jì)，其產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）質(zhì)輕、高強(qiáng)；（2）耐腐蝕、抗海生物附著；（3）絕緣；（4）介電性和微波穿透性好；（5）能吸收高能量，沖擊韌性好；（6）導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱性好；（7）船體表面光滑、可著色彩；（8）整體性好，船體無(wú)接縫和縫隙；（9）成型簡(jiǎn)便，適宜批量生產(chǎn)；⑽維修保養(yǎng)方便、經(jīng)濟(jì)。
      
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

1．應(yīng)力集中問(wèn)題

        根據(jù)玻璃纖維材料的拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，我們知道玻璃鋼材料直到破壞都沒(méi)有明顯的屈服點(diǎn)，這說(shuō)明了玻璃鋼的塑性小，沒(méi)有金屬的緩和應(yīng)力作用，所以它在切口、開(kāi)孔和構(gòu)件間斷附近的應(yīng)力集中現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

       玻璃鋼構(gòu)件連接的常用兩種方法有機(jī)械連接和膠接連接。對(duì)于機(jī)械連接，主要在安裝設(shè)備、機(jī)器等局部地方使用，其優(yōu)點(diǎn)是裝拆方便，檢查容易，缺點(diǎn)是減少了受力面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接點(diǎn)疲勞強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼層壓板和普通金屬板一樣，當(dāng)外力作用時(shí)將在板材的裝配孔、螺釘槽和階梯周圍產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中。為消除應(yīng)力集中，在檢驗(yàn)中應(yīng)注意切口、開(kāi)孔和裝配孔周圍要求保證光滑，以及盡量糊制成規(guī)則的幾何形狀。

      膠接連接主要應(yīng)用在船體結(jié)構(gòu)連接（如層合板對(duì)接、骨材和外殼板和甲板的連接、甲板和舷側(cè)板連接、骨材交叉連接以及艙壁與船殼板的連接等），在設(shè)計(jì)中對(duì)縱橫構(gòu)件的連接應(yīng)分清誰(shuí)間斷誰(shuí)連續(xù)，對(duì)間斷的構(gòu)件應(yīng)保持良好的連接，同時(shí)考慮如何提高接縫強(qiáng)度，使其達(dá)到原結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，同時(shí)避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2．彈性模量低

      根據(jù)試驗(yàn)，我們知道玻璃鋼的彈性模量大約為鋼的彈性模量1/10～1/20，如此低的彈性模量造成了玻璃鋼船舶向大型化發(fā)展的一個(gè)嚴(yán)重障礙，同樣導(dǎo)致常規(guī)鋼船的設(shè)計(jì)和校核方法不完全適用。

      玻璃鋼主要分為熱固性玻璃鋼和熱塑性玻璃鋼兩類：①熱固性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強(qiáng)材料和以熱固性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。這種材料具有成形工藝簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、密度低、耐腐蝕、介電性高等特點(diǎn)，與熱塑性玻璃鋼相比，耐熱性較高。這類玻璃鋼的主要缺點(diǎn)是彈性模量低，剛性差。②熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強(qiáng)材料和以熱塑性樹(shù)脂為基體的復(fù)合材料。熱塑性玻璃鋼與熱固性玻璃鋼相比，強(qiáng)度和疲勞性能可提高2~3倍以上，沖擊韌度提高2~4倍，抗蠕變能力提高2~5倍。

      由于玻璃鋼的強(qiáng)度比大、剛性比小。因此，一般玻璃鋼船舶的總長(zhǎng)設(shè)計(jì)盡可能不超過(guò)40米，超出以后對(duì)船舶的總體剛度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、局部強(qiáng)度以及橫向強(qiáng)度都是一種考驗(yàn)，由于船舶在營(yíng)運(yùn)中，除了承受靜水壓力、貨物和油水等靜載荷作用以外，還受到機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不平衡力、波浪沖擊和螺旋槳的激振力等動(dòng)載荷作用，加上玻璃鋼材料的力學(xué)性能存在不穩(wěn)定的因素，都可能會(huì)造成強(qiáng)度的下降。所以，對(duì)大尺度船舶設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮增強(qiáng)船舶的強(qiáng)度，設(shè)法防止變形，通過(guò)整體成型、增加剖面模數(shù)、增加加強(qiáng)筋和夾層結(jié)構(gòu)等方法彌補(bǔ)剛性低的缺點(diǎn)。
 

3．材料性能的不穩(wěn)定性

      一般的材料如：陶瓷材料、高分子材料、鐵、銅、金等等。它們都是根據(jù)材料的物質(zhì)成分來(lái)分類和定義的。但是，玻璃鋼作為一種復(fù)合材料，定義是兩種或兩種以上的物質(zhì)，以物理結(jié)合的方式（各自保持其原有屬性）組成的物質(zhì)，顯然，復(fù)合材料沒(méi)有什么材料物質(zhì)成分的概念。因此，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素就是玻璃鋼力學(xué)性能的不穩(wěn)定性（主要表現(xiàn)為強(qiáng)度和彈性性能的下降），這也是我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)應(yīng)密切注意的。主要表現(xiàn)有：

     （1）玻璃鋼船長(zhǎng)期浸泡在水中，表層的膠衣由于破損或老化等原因，使海水沿各種途徑進(jìn)入玻璃鋼內(nèi)部，導(dǎo)致其力學(xué)強(qiáng)度和彈性性能下降（大約20%左右）。

     （2）玻璃鋼船長(zhǎng)期暴露在大氣中，經(jīng)受日曬雨淋，出現(xiàn)自然老化現(xiàn)象，也會(huì)導(dǎo)致其力學(xué)強(qiáng)度和彈性性能下降（大約10%左右）。

     （3）玻璃鋼制品有許多成型方法，如：手工糊制、機(jī)械壓制、機(jī)械卷制、用纏繞法制做、用拉擠法制做、直接澆注成型、噴（射）注成型、加熱塑制成型等等。但玻璃鋼船建造至今采用最多的仍然是手工糊制工藝成型法，因此玻璃鋼制品的質(zhì)量取決于施工工藝規(guī)程、施工環(huán)境條件和施工工人的技術(shù)水平，安全系數(shù)的確定應(yīng)考慮工藝因素。雖然依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范基本能滿足對(duì)現(xiàn)在玻璃鋼船舶的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的檢驗(yàn)，但對(duì)于一些工藝規(guī)程的制定標(biāo)準(zhǔn)并不明確，造成檢驗(yàn)出現(xiàn)一些困難。為此，我們?cè)跈z驗(yàn)中應(yīng)詳細(xì)審核工廠的施工工藝規(guī)程、施工環(huán)境和工人的持證情況，確保滿足安全的要求。同時(shí)建議船廠加大對(duì)玻璃鋼船舶制造工藝的研究，或者引進(jìn)國(guó)外一些先進(jìn)國(guó)家的制造工藝，結(jié)合自身的特點(diǎn)，形成自己的工藝規(guī)程，提高手工湖制的工藝質(zhì)量。

三、結(jié)論

       綜上所述，我們可以知道，玻璃纖維作為一種新型的工程材料，在進(jìn)行玻璃鋼船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮船舶的總體性能（如航速、阻力及強(qiáng)度等方面）和舒適安全等性能外，還應(yīng)充分考慮上述的因素造成的影響，應(yīng)根據(jù)材料的特點(diǎn)，合理的利用材料的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，它被賦予各種各樣的力學(xué)性能。正如我們說(shuō)玻璃鋼的材料性能如同“一張白紙”，可以由你自己去畫出“最新最美的性能圖案”。由于玻璃鋼材料具有如此突出的優(yōu)良性能，因此在船舶制造領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景，而且隨著生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展，玻璃鋼的應(yīng)將越來(lái)越廣泛相信在不久的將來(lái)，玻璃鋼工業(yè)在我國(guó)將會(huì)形成一種新興的支柱產(chǎn)業(yè)。