Так как сила тяжести оболочек мала, они должны быть закреплены от ветрового отсоса.
Оболочки — наиболее эффективные конструкции из армированных пластмасс, так как пластмассы можно создавать с такой анизотропией упругих свойств, которая будет соответствовать напряженному состоянию оболочки и обеспечивать ее максимальную жесткость по отношению к заданной нагрузке. Характер анизотропии стеклопластиков регулируется структурными параметрами их как композиционных материалов и их структуру можно назвать регулируемой технологической анизотропией.
В качестве наполнителя при изготовлении стеклопластиков для оболочек применяются стеклянные нити, ленты, жгуты и тканые стекломатериалы. Относительную долю усилия, воспринимаемого связующим, находят по формуле
где Ест и Eсв — модули упругости стеклонаполнителя и связующего;
ζ — относительное объемное содержание связующего.
При Ест=7000 МПа, Eсв=300...700 МПа (для большинства синтетических смол) и ζ=30% по формуле (161) получим Nсв=2...4%. Следовательно, усилия в стеклопластиковой оболочке в основном воспринимаются стеклонаполнителем, а связующее обеспечивает совместную работу отдельных элементов наполнителя. Предполагая в практических расчетах, что расчетные усилия должны восприниматься лишь стеклонаполнителем, оптимальной структурой материала считают такую структуру, которая обеспечивает равновесие стеклонаполнителя без участия связующего. Отсюда в качестве основной системы принимают оболочку, состоящую как бы из одного стеклонаполнителя. С этих позиций рассмотрим элемент оболочки из материала с косоперекрестной структурой (рис. 157, а), в котором действуют усилия N1 и N2 (например, продольное и кольцевое в цилиндрической оболочке или радиальное и меридиальное в сферической оболочке) и установим некоторые структурные параметры материала.
Пусть система стеклонитей состоит из k слоев, причем одна половина слоев направлена под углом θ к оси, а другая под углом π—θ. Из условия симметрии усилия p в каждом волокне одинаковы. Усилия, приходящиеся на единицу длины в направлении Ох и Оу, определяются по формулам:
где n — плотность нитей, т. е. число нитей в одном слое, приходящееся на единичный отрезок, перпендикулярный направлению нитей.
Из соотношений (162) вытекает интересное следствие, заключающееся в том, что для того, чтобы система нитей находилась в равновесии, должно выполняться условие
По формуле (163) получают графическую зависимость величин оптимальных углов ориентации стеклонаполнителя при различных соотношениях N1/N2 (рис. 157, б). Например, для цилиндрической оболочки, находящейся под воздействием равномерно распределенной по ее поверхности нагрузки при N1=gr и N2=gr/2, оптимальный угол ориентации стеклонитей θ=54°44'.
При переменных в разных сечениях расчетных усилиях варьируются показатели k и n, что изменяет процент содержания стекловолокна в связующем в этих сечениях.
Приравнивая усилие p в расчетном сечении разрывному усилию в стеклонити, по формулам (162) можно найти несущую способность оболочки.
Решая аналогичным образом задачи проектирования различных оболочек из стеклопластиков с разными схемами армирования, находят оптимальные структурные параметры, позволяющие наиболее рационально использовать материал в теле оболочек.