近幾年，玻璃鋼產(chǎn)業(yè)在我國的迅速發(fā)展，玻璃鋼產(chǎn)品也在我們周圍逐漸普及，目前世界各國開發(fā)的玻璃鋼產(chǎn)品的種類已達4萬種左右，主要應(yīng)用在建筑行業(yè)、化學化工行業(yè)、汽車及鐵路交通運輸行業(yè)、船艇及水上運輸行業(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，通過對這些船艇設(shè)計和制造過程的檢驗，我們對玻璃鋼材料的特性有了一定的認識和了解，同時，通過對船艇結(jié)構(gòu)設(shè)計的審查，對于容易出現(xiàn)的問題，提出了本人的一些見解。
                   
一、玻璃鋼材料的特性

       玻璃纖維增強材料GFRP（Glass fiber reinforced plastics），國內(nèi)在習慣上稱為玻璃鋼，主要成分是以合成樹脂為基體材料，玻璃纖維及其制品為增強材料組成的復(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是：① 抗拉強度很高，強度與纖維的粗細成反比；② 耐熱性低，250°C以上就開始軟化；③ 化學穩(wěn)定性高，除氫氟酸和濃堿等少數(shù)介質(zhì)外，對絕大多數(shù)化學介質(zhì)都有較好的穩(wěn)定性；④ 脆性較大，伸長率只有3%左右，表面光滑，不易與基體結(jié)合，需經(jīng)表面處理來提高與基體的結(jié)合力。

       玻璃鋼材料因為不是特定物質(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，可以通過選擇不同組合、自由的設(shè)計，其產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：（1）質(zhì)輕、高強；（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，船體無接縫和縫隙；（9）成型簡便，適宜批量生產(chǎn)；⑽維修保養(yǎng)方便、經(jīng)濟。
      
二、結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意的問題

1．應(yīng)力集中問題

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

       玻璃鋼構(gòu)件連接的常用兩種方法有機械連接和膠接連接。對于機械連接，主要在安裝設(shè)備、機器等局部地方使用，其優(yōu)點是裝拆方便，檢查容易，缺點是減少了受力面積，產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接點疲勞強度。根據(jù)實際檢驗中發(fā)現(xiàn)，玻璃鋼層壓板和普通金屬板一樣，當外力作用時將在板材的裝配孔、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，在檢驗中應(yīng)注意切口、開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)計中對縱橫構(gòu)件的連接應(yīng)分清誰間斷誰連續(xù)，對間斷的構(gòu)件應(yīng)保持良好的連接，同時考慮如何提高接縫強度，使其達到原結(jié)構(gòu)的強度，同時避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2．彈性模量低

      根據(jù)試驗，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)展的一個嚴重障礙，同樣導(dǎo)致常規(guī)鋼船的設(shè)計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材料和以熱固性樹脂為基體的復(fù)合材料。這種材料具有成形工藝簡單、強度高、密度低、耐腐蝕、介電性高等特點，與熱塑性玻璃鋼相比，耐熱性較高。這類玻璃鋼的主要缺點是彈性模量低，剛性差。②熱塑性玻璃鋼是以玻璃纖維為增強材料和以熱塑性樹脂為基體的復(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。

      由于玻璃鋼的強度比大、剛性比小。因此，一般玻璃鋼船舶的總長設(shè)計盡可能不超過40米，超出以后對船舶的總體剛度、扭轉(zhuǎn)強度、局部強度以及橫向強度都是一種考驗，由于船舶在營運中，除了承受靜水壓力、貨物和油水等靜載荷作用以外，還受到機器運轉(zhuǎn)不平衡力、波浪沖擊和螺旋槳的激振力等動載荷作用，加上玻璃鋼材料的力學性能存在不穩(wěn)定的因素，都可能會造成強度的下降。所以，對大尺度船舶設(shè)計時應(yīng)考慮增強船舶的強度，設(shè)法防止變形，通過整體成型、增加剖面模數(shù)、增加加強筋和夾層結(jié)構(gòu)等方法彌補剛性低的缺點。
 

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)合材料沒有什么材料物質(zhì)成分的概念。因此，影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要因素就是玻璃鋼力學性能的不穩(wěn)定性（主要表現(xiàn)為強度和彈性性能的下降），這也是我們在現(xiàn)場檢驗應(yīng)密切注意的。主要表現(xiàn)有：

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

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

     （3）玻璃鋼制品有許多成型方法，如：手工糊制、機械壓制、機械卷制、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)我國現(xiàn)行的規(guī)范基本能滿足對現(xiàn)在玻璃鋼船舶的設(shè)計和制造過程的檢驗，但對于一些工藝規(guī)程的制定標準并不明確，造成檢驗出現(xiàn)一些困難。為此，我們在檢驗中應(yīng)詳細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。同時建議船廠加大對玻璃鋼船舶制造工藝的研究，或者引進國外一些先進國家的制造工藝，結(jié)合自身的特點，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，在進行玻璃鋼船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了考慮船舶的總體性能（如航速、阻力及強度等方面）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，合理的利用材料的優(yōu)點，通過設(shè)計不同的細觀結(jié)構(gòu)，它被賦予各種各樣的力學性能。正如我們說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)將越來越廣泛相信在不久的將來，玻璃鋼工業(yè)在我國將會形成一種新興的支柱產(chǎn)業(yè)。