摘要：随着国外对玻璃钢的不断研究，我国也开始重视这一材料的作用，世界各国都在关注这玻璃钢船舶的设计和建造。玻璃钢船舶设计技术发展迅速，主要是因为玻璃钢材料的特殊行，由于船舶运行的环境比较差，因此要求船舶设计的材料能够具备足够的强度、耐水性等基本性能，玻璃钢材料具备一定的优势，不过在其设计的过程中也不能忽视玻璃钢的缺点，本文主要是对玻璃钢船舶结构设计中需要注意的问题进行探讨。
关键词：玻璃钢材料：船舶结构设计；注意问题
前言
船舶结构设计对材料的要求比较高，而选择玻璃钢材料要比钢质材料具有更大的优势，尤其是玻璃钢材料本身可以被设计，因此具有足够的设计自由度，在选择材料的时候，为了保证船舶结构的质量，就会对玻璃钢材料的质量提出更高的要求，同时也要保证设计工作者具备足够的能力和技术，才能最终保证船舶的质量。本文从玻璃钢的特点出发，对玻璃钢船舶结构设计中的要注意的问题进行了分析，旨在提高玻璃钢船舶设计的水平。
一、玻璃钢的特点
近年来，玻璃钢材料被应用于很多行业中。玻璃钢的主要成分是合成树脂，此外还要加上一些玻璃纤维以及增强材料制成可以直接使用的复合材料。玻璃钢材料不是一种特定的物质，不会受到材料性能的约束，不过这种材料具备自由组合的特点，采用不同的方式能够起到不同的效果。比如玻璃钢材料的主要特点有：耐腐蚀性强，质量比较轻，绝缘，有极强的冲击韧性，船体的表面十分平滑，因此可以涂色彩，船体没有接缝，成型比较快，维修更加方便。这些优势的存在，使得造船舶结构设计过程中更多考虑玻璃钢材料。玻璃钢材料具有这么多的优势，与玻璃纤维的特点离不开，玻璃纤维的拉强度较高，耐热性高，而且具备极高的化学稳定性。玻璃钢材料因为具有这么多的特点，才会被选用在船舶设计中，由于玻璃钢船舶需要在水中使用，因此对材料的耐水性和受力性能较高。玻璃钢长期在水下浸泡，性能会发生一定的变化，因此要求玻璃钢具备极高的耐水性，这一性能对船舶的寿命有着重要的影响。水对玻璃钢的影响和金属不一样，不是表面的腐蚀，而是会渗透到玻璃钢的内部进行侵蚀。具体的要求就要结合不同规格的船舶设计进行分析，所以在船舶结构设计过程中必须要考虑到玻璃钢材料的性能[1]。
二、结构设计过程中需要注意的问题
（一）应力集中问题
我们了解的玻璃钢材料即使被破坏也不会有明显的屈服，因此可以发现玻璃的塑性比较小，因此没有金属的缓和应力作用，但是玻璃钢材料的切口以及开口等处的应力集中现象比较严重。一般的玻璃钢构件之间的链接会采用方式，胶接链接和机械连接。胶接链接多数位于船体的结构连接出，比如甲板以及舷侧板的连接处等。在船舶结构设计时，需要考虑的是保证各个构件之间的良性链接，而且需要不断的提高接缝的强度，这样就可以达到原结构的强度，防止出现应力集中的情况。机械连接的方式则一般应用于设备的安装等局部位置。这些位置如果出现问题比较容易发现，而且减少受力面积产生应力集中，降低了连接点的疲劳强度。
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（二）弹性模量低
玻璃钢材料的弹性模量较低，这种低弹性模量存在一定的弊端，尤其会阻碍玻璃钢船舶的大型化发展，因此无法保证常规玻璃钢船舶的设计。玻璃钢一般有两种类型，一种是热固性玻璃钢，这种材料的主要优势在于强度和密度较高，具有耐腐蚀等特点，而且耐热性也比较好。但是这种玻璃钢也有一些缺点，主要是刚性较差，弹性模量较低。第二种是热塑性玻璃钢，这种玻璃钢的将玻璃纤维作为主要的增强材料，并且加入了热塑性树脂，因此起强度更高，冲击韧度要比热固性玻璃钢强很多。在船舶制造的过程中，玻璃钢的强度比大，刚性比小。所以设计的长度不宜过长。如果超出了一定的范围，就会导致其扭转强度等收到巨大的影响。船舶制造完成以后，进行营运，也会出现机器运转不平衡力等动载荷作用，总之最后直接影响到船舶的强度，为了避免这种情况的出现，最好可以在设计的时候重视船舶的强度，防止其出现变形的情况，采用增加加强筋等方式来完善船舶的整体结构和强度。
在设计玻璃钢的强度和弹性模量的过程中，可以选择不同的树脂基体以及玻璃纤维，这样可以保证玻璃钢的最终性能。一般的玻璃钢有三种类型，第一种是单向玻璃钢，主要是利用单向玻璃布将玻璃纤维集中在一个方向，在这一方向可以保持玻璃钢的高强度和弹性模量。第二种是双向平稳型玻璃钢，可以应用于船壳外板。第三种是准各向同行玻璃钢，将纤维在铺层内部随机分布，然后保证各个方向具备相同的强度和弹性模量[2]。
（三）材料性能不稳定
船舶设计过程中使用玻璃钢材料，主要是源于它的优势，而玻璃钢作为一种复合材料，其中还有很多其他的材料。尤其是一些金属材料和陶瓷材料等。这些材料的选择是为了满足玻璃钢的基本要求，而且所有的材料组合是以物理结合的方式完成的。但是即使玻璃钢具备足够的有利条件，还是会受到玻璃钢力学性能的不稳定性的影响，在使用的过程中常见的情况是强度下降等。比如船舶长期在水中运行，表面的胶衣会逐渐的老化，水会通过各种缝隙或者是缺陷进入到玻璃钢的内部，因此极易造成玻璃钢的强度降低。此外，船舶经常在外处于暴露状态，阳光的照射以及风吹雨淋的情况，也会造成玻璃钢的自然老化，因此造成玻璃钢弹性以及强度降低。关于玻璃钢的制成方式有很多，比如手工糊制、机器压制而成，或者是拉挤法等都可以完成。为了保证玻璃钢的质量，一般会采用最便捷最高效的方法，目前来看手工糊制工艺比较受欢迎，玻璃钢制成的质量也因此会受到相关因素的影响，包括施工的技术以及施工环境等都是一些不可控的因素。目前国家有一些相关的规定以及检查的标准，但也不乏漏网之鱼，所以最终玻璃钢的质量容易被忽视。为了避免出现玻璃钢性能降低的情况，最好可以不断的研究相关的技术，从制作技术到检查技术等都要不断的进行更新，同时也要结合船舶对玻璃钢材料的要求进行改进。玻璃钢材料作为一种复合材料，优势明显，缺点也不容忽视，因此在使用玻璃钢材料进行船舶结构的设计时，就要充分考虑以上的因素，并且充分发挥玻璃钢材料本身的特点，利用材料特性和设计结构提高船舶的整体质量[3]。
结论：我国造船业发展迅速，玻璃钢材料的使用也越来越多，因此对其质量的要求将会更高。在船舶设计中使用玻璃钢材料，源自其自身的优势，但是与此同时不可忽视玻璃钢的缺点，随着技术的发展，玻璃钢材料的使用将会越来越广泛，因为具备优良的性能，所以前景十分广阔，在未来的船舶设计和制造过程中，要及时发现并解决问题，在研究玻璃钢材料的同时，不断的加以利用。
参考文献：
[1]船舶与海洋工程中复合材料圆柱壳结构屈曲和后屈曲行为研究[D].李志敏.上海交通大学2008.
[2]邱建新.玻璃钢材料在船舶结构设计中应注意的问题[J].中国水运（理论版），2007，（01）：8-9.
[3]曹明法.玻璃钢/复合材料在舰船中的应用[J].船舶，1998，（03）：4-12+2.
论文作者:徐幼娟,余倩,邱志
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/4
标签：玻璃钢论文; 材料论文; 船舶论文; 强度论文; 弹性模量论文; 结构设计论文; 性能论文; 《基层建设》2017年第25期论文;