CN101906895A - 一种复合材料电力横担及其结构的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料电力横担及其结构的设计方法，属输电杆配套结构件的设计领域。该电力横担结构呈圆柱形实心结构，它由径向的内至外分设为三层，内芯层、中间层和外层；中间层为基础，采用复合材料空心管；在其管芯内注满发泡聚氨酯泡沫料构成其内芯层；在其管的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成外层。其设计方法包括：利用有限元软件ANSYS的操作顺序进行实体建模，划分网格、施加载荷及模拟计算，确定横担的结构设置、外层缠绕厚度和缠绕方向角的优化；使其满足设计安全系数值和挠度要求；利用本方法设计成的横担，其质量轻、绝缘性好、截面抗弯性能指标应用于实际线路上可有效提高其安全裕度，方便安装并可降低成本，有益于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料电力横担及其结构的设计方法，属输电杆配套结构件的设计领域。
背景技术
在电力设施领域，输电线路用横担是输电杆重要的配套结构件，横担的一端与输电杆主体相连接，另一端挂输电导线。传统的横担通常采用铁横担和木横担，铁横担和木横担在长期运行中暴露出各种各样的问题，普遍存在质量重、易腐烂、锈蚀或开裂，耐久性、阻燃性及绝缘性能差，强度底、使用寿命较短，施工运输和运行维护困难，即耗费材料又使操作人员的劳动强度增大；还会出现各种安全隐患。为了解决现有的横担绝缘性能差，使用寿命短的缺陷，已有用复合材料加工而成的玻璃钢横担，该横担利用的纤维增强树脂基复合材料(以下简称FRP)具有强度高、质量轻、耐腐蚀以及耐疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好、性能可设计等特点，用这种玻璃钢横担替代铁横担和木横担，提高了横担的电绝缘性能，解决了铁横担与木横担出现的各种缺陷；但是由于玻璃钢横担仍延用了实心结构，即整个横担全用树脂基增强型玻璃纤维制成，其重量虽相对于铁横担的重量稍有减少，但重量优势不大；同时，横担结构层通过缠绕方式实现，比铁横担和木横担的材料成本增加很多，在满足承受荷载作用下保证刚度要求以及具有良好绝缘性能要求的前题下，采用树脂基增强型玻璃纤维制作实心的电力横担，在满足承受荷载作用下的安全重量与传统横担的安全重量相差不明显，同时成本高升，无法推广实施。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可满足承受荷载作用下安全重量降低、绝缘性能良好、结构的刚度提高，并可大幅降低制作成本的复合材料电力横担结构的设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种复合材料电力横担，为圆柱形实心结构，其特点为：该圆柱形实心结构由内至外分设为三层，内芯层、中间层和外层；其中，中间层为一拉挤成型的复合材料空心管，以该复合材料空心管为基础，在该空心管的管芯内注满发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在该空心管的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成所述外层。
上述复合材料空心管的内径为70-80mm；外径为100mm；其厚度为10-15mm。
上述的发泡聚氨酯泡沫材料为机器发泡料。
上述的玻璃纤维树脂基复合材料由8-10层玻璃纤维布与增强热固性树脂基浸渍后缠绕、固化成型；其中，增强热固性树脂由乙烯基酯树脂90～100份，固化剂1～3份，促进剂0.2～1.5份，防老化剂1～3份，色浆0.2～1份混合而成。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种复合材料电力横担结构的设计方法，包括步骤如下：
1)将实心的圆柱状横担结构设计为三层，由内至外分别为内芯层、中间层和外层；其中，中间层为一拉挤成型的复合材料空心管；以该复合材料空心管作基础，在管芯内注满发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在管芯的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成所述横担的外层；
2)确定步骤1)外层所用的树脂基原料配比和该外层的缠绕厚度；
3)将步骤1)所述复合材料空心管的内径d与外径D值，代入公式①得到横担的抗弯截面系数W；
取实际线路中使用工况的设计载荷数值F与所述横担的力臂长度L代入公式②，获取该横担所能承受的最大弯矩M；
M＝F×L ②
4)取步骤3)使用工况时的最大弯矩M和所述横担的抗弯截面系数W，代入公式③，获取使用工况时所述横担能够承受最大载荷作用时的最大应力值σ；
σ＝M/W ③
5)将步骤4)获取的最大应力值σ与所述复合材料空心管的许用应力值的相比，得到所述横担在使用工况时的安全系数值；
6)将步骤5)得到的安全系数值与设计安全系数值1.8进行比较，以得到安全系数与设计要求的安全系数之间的差距；
7)制备缠绕成型复合材料试样，完成测试，得到该试样的基本性能指标以确定所述外层的缠绕玻璃纤维树脂基复合材料的缠绕方式及厚度；其中缠绕方式以缠绕方向角90°/0°/54°/90°/0°/90°顺序缠绕，该缠绕层的厚度值为5mm～7mm；
8)将步骤7)所述试样的基本性能指标中的弹性常数及泊松比性能参数、缠绕方向角的顺序以及缠绕厚度值导入有限元软件ANSYS，由ANSYS软件的Preprocessor-modeling命令进行实体建模，Preprocessor-meshing划分网格、Preprocessor-solution-define loads施加载荷及Preprocessor-solution-solve-current LS模拟计算，最终分别由General postprocessor-plotresults-contourplot-nodal solution-stress-von Mises stress和General postprocessor-plotresults-contourplot-DOF solution-displacement vector sum命令得到给横担结构承受载荷作用下的Mises等效应力值及挠度值；
9)判断步骤8)得到的横担结构是否满足设计安全系数值的要求，即正常运行工况下横担顶端的挠度小于整体横担长度的15‰，大风工况下所述横担的强度应大于设计安全系数值1.8；
10)若满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计，进入横担的加工程序；若不满足设计要求，重复步骤7)～步骤9)，调整所述缠绕层的厚度及铺层方向角的优化，直至所述横担的安全系数值满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计。
上述步骤1)中复合材料空心管的内径为70-80mm，外径为100mm，厚度为10-15mm；所用的玻璃纤维树脂基复合材料由8-10层玻璃纤维布与树脂基复合材料浸渍后缠绕、固化成型；其中，所述增强热固性树脂由乙烯基酯树脂90～100份，固化剂1～3份，促进剂0.2～1.5份，防老化剂1～3份，色浆0.2～1份混合而成。
上述步骤6)中所述试样的基本性能指标为：在室温16℃、相对湿度40％条件下，缠绕用的玻璃纤维布拉伸弹性模量为40.9GPa；弯曲模量为11.2GPa；剪切模量5.2GPa；泊松比为0.33；所述发泡聚氨酯泡沫层的弹性模量为8.41GPa；泊松比为0.36。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：1)本发明将传统的复合材料横担设计为以一拉挤成型的空心管为基础，在该管芯中间填充满密度小、价格低廉的聚胺酯发泡泡沫层，在该空心管的外表面由玻璃纤维布与树脂复合体系缠绕成一定的厚度而成型，拉挤成型的空心管及缠绕成型层的弹性模量稳定，强度高，可有效承受工程线路中的各种载荷，以满足横担整体的强度要求。2)在满足设计工况条件下降低了横担的结构重量，同时也能满足该横担对刚度的要求；有效改善了传统横担的重量重、绝缘性差的缺陷；以钢材料横担进行对比，钢材料横担的比重为7.8g/cm3，而玻璃钢复合材料的比重仅为1.9～2.0g/cm3。3)复合材料横担的截面抗弯性能指标应用于实际线路上可有效提高其安全裕度，方便安装并可降低成本。
附图说明
图1为本发明横担整体结构的剖示图
图2为图1A-A面截面示意图
具体实施方式
本发明的设计方法，是将现有的实心复合材料横担设计成中间填充发泡聚氨酯泡沫材料的复合材料结构体；即横担整体由内至外分设为三层，内芯层、中间层与外层；该中间层为一拉挤成型的复合材料空心管；以该复合材料空心管为基础，其管芯内充满聚氨酯发泡材料构成其内芯层，外表层缠绕有玻璃纤维树脂基复合材料，固化成一体后，成型为复合材料横担。
其中，所用的复合材料空心管为采用传统工艺拉挤成型的玻璃纤维树脂基复合材料管，该复合材料空心管的内径为70-80mm；外径为100mm；其厚度为10-15mm。
所用的聚氨酯发泡材料为市售的机器发泡料；所用的玻璃纤维树脂基复合材料由8-10层玻璃纤维布分别经过盛有增强热固性树脂的胶槽浸渍后，缠绕至复合材料空心管的外表面且固化而成；该增强热固性树脂由乙烯基酯树脂90～100份，固化剂1～3份，促进剂0.2～1.5份，防老化剂1～3份，色浆0.2～1份混合而成。
本发明的设计方法利用了有限元软件ANSYS选择单元类型为实体，定义材料属性为各向异性的复合材料，导入的数据有：经测试得到相关材料的基本性能指标，如缠绕层与发泡聚胺酯泡沫层的弹性常数及泊松比性能参数，并根据软件的操作顺序进行建模、划分网格、在横担端头管导线的金具上施加载荷、模拟计算；通过调整缠绕层的厚度以及缠绕方向角的优化设计，使其满足使用工况下的横担安全系数及挠度安全指标的要求；完成横担结构的设计。
本发明上述横担结构的设计方法，包括步骤如下：
1)将实心的圆柱状的横担结构设计为三层结构，由内至外分别为内芯层、中间层和外层；其中，中间层为一拉挤成型的复合材料空心管；以该复合材料空心管作基础，在管芯内注满发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在管芯的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成所述横担的外层；
2)确定步骤1)外层所用的树脂基原料及混合比和该外层的缠绕厚度；
3)通过步骤1)所述复合材料空心管的内径d与外径D值，代入公式①得到横担的抗弯截面系数W；
取实际线路中使用工况的设计载荷数值F与所述横担的力臂长度L代入公式②，获取该横担所能承受的最大弯矩M；
M＝F×L ②
4)取步骤3)使用工况时的最大弯矩M和所述横担的抗弯截面系数W，代入公式
③，获取使用工况时所述横担承受最大载荷作用时的最大应力值σ；
σ＝M/W ③
横担能承受最大载荷作用时的最大应力值σ；
5)将步骤4)获取的最大应力值σ与所述复合材料空心管的许用应力值的相比，得到所述横担在使用工况时的安全系数值；
6)将步骤5)得到的安全系数值与设计安全系数值1.8进行比较，以得到安全系数与设计要求的安全系数之间的差距；
7)制备缠绕成型复合材料试样，完成测试，得到该试样的基本性能指标以确定所述外层的缠绕玻璃纤维树脂基复合材料的缠绕方式及厚度；其中缠绕方式以缠绕方向角90°/0°/54°/90°/0°/90°顺序缠绕，该缠绕层的厚度值为5mm～7mm；
8)将步骤7)所述试样的基本性能指标中的弹性常数及泊松比性能参数、缠绕方向角的顺序以及缠绕厚度值导入有限元软件ANSYS，根据软件的操作顺序进行实体建模，划分网格、施加载荷及模拟计算，确定所述试样的结构设置；
9)判断步骤8)得到的试样结构是否满足设计安全系数值的要求，即正常运行工况下横担顶端的挠度小于整体横担长度的15‰，大风工况下所述横担的强度应大于设计安全系数值1.8；
10)若满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计，进入横担的加工程序；若不满足设计要求，重复步骤7)～步骤9)，调整所述缠绕层的厚度及铺层方向角的优化，直至所述横担的安全系数值满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计。
为提高横担的电性能，承载结构采用强度高的玻璃纤维复合材料空心管，以及在该空心管的内部填充密度小的发泡料的结构形式，外缠绕层选用玻璃纤维布与乙烯基树脂复合体系，制备材料试样以得到材料基本性能；具体操作为：测试设备选用通用的拉伸试验机，测试标准采用GB1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法、GB/T1448-2005纤维增强塑料压缩性能试验方法、GB1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法、GB1450.1-2005纤维增强塑料层间剪切强度试验方法、GB1450.2-2005纤维增强塑料冲压式剪切强度试验方法；测试出的基本性能指标为：在室温16℃、相对湿度40％条件下，缠绕用的玻璃纤维布拉伸弹性模量为40.9Gpa，弯曲模量为11.2Gpa，剪切模量5.2Gpa，泊松比为0.33；管芯内填充的发泡聚氨酯泡沫层的弹性模量为8.41GPa；泊松比为0.36。
利用该设计方法设计完成的复合材料横担，制造工艺完全可以利用现有的工艺方法，不用另加设备或改变工艺。
实例1：
如图1、图2所示，本发明的复合材料横担结构由缠绕结构层1，拉挤成型的复合材料空心管2，发泡聚氨酯泡沫材料填充层3；其中，缠绕结构层1由成熟的缠绕成型工艺成型；玻璃纤维布铺设有9层，每两层玻璃纤维布之间该横担结构的应力与挠度是否可满足使用工况时的要求，可通过加厚缠绕结构层1的厚度来决定。
具体操作为：
1)将呈圆柱状的横担结构由径向的内至外设计为三层结构，分别为内芯、中间层及外层；该中间层为一拉挤成型的复合材料空心管，以该复合材料空心管为基础，在该空心管管芯内充满有聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在该空心管外表面上缠绕有玻璃纤维树脂复合层构成其外层；
2)确定步骤1)外层所用的树脂基原料的配比和该外层的缠绕厚度；其中，树脂基原料由乙烯基酯树脂100份，固化剂3份，促进剂1.5份，防老化剂3份，色浆0.2份混合而成；外层缠绕的厚度为5mm；
3)步骤1)选用的复合材料空心管，其内径d为70mm；外径D为100mm；将内径d与外径D代入公式①，得到横担的抗弯截面系数W为0.9×10-4；
取实际线路中使用工况的设计载荷数值F＝18100N与所述横担的力臂长度L＝1.3m代入公式②，获取该横担所能承受的最大弯矩M为23530N·M；
M＝F×L＝18100×1.3＝23530N·M ②
4)将步骤3)使用工况时的最大弯矩M值和该横担的抗弯截面系数W值，代入公式③，获取使用工况时所述横担承受最大载荷作用时的最大应力值σ＝261MPa；
σ＝M/W ③
5)取所述复合材料空心管的许用应力值421MPa与步骤4)获取的最大应力值σ261MPa的比值，得到所述横担在使用工况时的安全系数值为1.6；
6)将步骤5)得到的安全系数值1.6与设计安全系数值1.8进行比较，该值小于1.8但接近设计安全系数；
7)制备缠绕成型试样，完成测试，得到该试样的基本性能指标；为满足设计安全系数要求，结合试样的测试结果以确定该横担外层的缠绕玻璃纤维树脂基复合材料的缠绕方式及厚度，其中缠绕方式以缠绕方向角90°/0°/54°/90°/0°/90°顺序缠绕；
8)将步骤6)所述试样的基本性能指标中的弹性常数及泊松比性能参数、缠绕方向角的顺序以及缠绕厚度值导入有限元软件ANSYS，根据软件的操作顺序进行实体建模，划分网格、施加载荷及模拟计算，得到设计横担结构承受载荷作用下的等效应力值及挠度值；
9)判断步骤7)得到的横担结构是否满足设计要求，即正常运行工况下横担顶端的挠度小于整体横担长度的15‰，大风工况下所述横担的强度应大于设计安全系数值1.8；
10)若满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计，进入横担的加工程序；若不满足设计要求，重复步骤7)～步骤9)，调整所述缠绕层的厚度及铺层方向角的优化，直至所述横担的安全系数值满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计。
经完成设计的复合材料横担，具体成型方法如图1所示：先确定所用的复合材料空心管是由玻璃纤维、热固性树脂混合后经传统的拉挤成型工艺加工而成；在该复合材料空心管内充满的发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层，该发泡聚氨酯泡沫材料采用机器发泡的聚氨酯发泡料；内芯层构成的具体操作为：先将复合材料空心管一端用堵头堵住，从复合材料空心管的另一端使用喷枪向其管内填充发泡聚氨酯泡沫材料，直至充满后将其端口堵严；然后再在复合材料空心管的外表面由玻璃纤维增强树脂基材料缠绕构成外层。当缠绕厚度为5mm时，对其横担进行测试，该横担的应力值及安全系数不满足设计要求时，由增加外层的缠绕层厚度进行调整，直至满足成型的横担应力值及安全系数符合设计要求为准。
实例2：
基本设计方法同实例1，其不同点在于：
确定横担的外层所用的树脂基原料的配比和该外层的缠绕厚度；其中，树脂基原料由乙烯基酯树脂90份，固化剂1份，促进剂0.2份，防老化剂1份，色浆1份混合而成；外层缠绕的厚度为7mm；
横担中间层所用的复合材料空心管，其内径d为80mm；外径D为100mm；将内径d与外径D代入公式①，得到横担的抗弯截面系数W为0.579×10-4；
取实际线路中使用工况的设计载荷数值F＝18100N与所述横担的力臂长度L＝1.3m代入公式②，获取该横担所能承受的最大弯矩M为23530N·M；
M＝F×L＝18100×1.3＝23530N·M ②
4)将步骤3)使用工况时的最大弯矩M值和该横担的抗弯截面系数W值，代入公式③，获取使用工况时所述横担承受最大载荷作用时的最大应力值σ＝406.39MPa；
σ＝M/W ③
5)取所述复合材料空心管的许用应力值421MPa，与步骤4)获取的最大应力值σ406.39MPa的比值，得到所述横担在使用工况时的安全系数值为1.03；
6)将步骤5)得到的安全系数值1.03与设计安全系数值1.8进行比较，该值小于1.8且差距较大；
7)制备缠绕成型试样，完成测试，得到该试样的基本性能指标；为使横担结构能够满足设计要求需在在拉挤成型管外缠绕一定厚度的玻璃纤维树脂基复合材料层，结合缠绕成型试样的测试结果确定所述外层的缠绕玻璃纤维树脂基复合材料的缠绕方式及厚度，其中缠绕方式以缠绕方向角90°/0°/54°/90°/0°/90°顺序缠绕，缠绕层厚度7mm；
8)将步骤7)所述试样的基本性能指标中的弹性常数及泊松比性能参数、缠绕方向角的顺序以及缠绕厚度值导入有限元软件ANSYS，根据软件的操作顺序进行实体建模，划分网格、施加载荷及模拟计算，确定所述试样的结构设置；
9)判断步骤8)得到的横担结构是否满足设计安全系数值的要求，即正常运行工况下横担顶端的挠度小于整体横担长度的15‰，大风工况下所述横担的强度应大于设计安全系数值1.8；
10)若满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计，进入横担的加工程序；若不满足设计要求，重复步骤7)～步骤9)，调整所述缠绕层的厚度及铺层方向角的优化，直至所述横担的安全系数值满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计。
经完成设计的复合材料横担，具体成型方法如图1所示：先确定所用的复合材料空心管是由玻璃纤维、热固性树脂混合后经传统的拉挤成型工艺加工而成；在该复合材料空心管内充满的发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层，该发泡聚氨酯泡沫材料采用机器发泡的聚氨酯发泡料；内芯层构成的具体操作为：先将复合材料空心管一端用堵头堵住，从复合材料空心管的另一端使用喷枪向其管内填充发泡聚氨酯泡沫材料，直至充满后将其端口堵严并固定；然后再在复合材料空心管的外表面由玻璃纤维增强树脂基材料缠绕构成外层。当缠绕厚度为5mm时，对其横担进行测试，该横担的应力值及安全系数不满足设计要求时，由增加外层的缠绕层厚度进行调整，直至满足成型的横担应力值及安全系数符合设计要求为准。
Claims (7)
1.一种复合材料电力横担，为圆柱形实心结构，其特征在于：该圆柱形实心结构由内至外分设为三层，内芯层、中间层和外层；其中，中间层为一拉挤成型的复合材料空心管，以该复合材料空心管为基础，在该空心管的管芯内注满发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在该空心管的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成所述外层。
2.根据权利要求1所述的复合材料电力横担，其特征在于：所述复合材料空心管内径为70-80mm；外径为100mm；其厚度为10-15mm。
3.根据权利要求1所述的复合材料电力横担，其特征在于：所述发泡聚氨酯泡沫材料为机器发泡料。
4.根据权利要求1所述的复合材料电力横担，其特征在于：所述玻璃纤维树脂基复合材料由8-10层玻璃纤维布与增强热固性树脂基浸渍后缠绕、固化成型；其中，所述增强热固性树脂由乙烯基酯树脂90～100份，固化剂1～3份，促进剂0.2～1.5份，防老化剂1～3份，色浆0.2～1份混合而成。
5.一种复合材料电力横担结构的设计方法，包括步骤如下：
1)将实心的圆柱状横担结构设计为三层，由内至外分别为内芯层、中间层和外层；其中，中间层为一拉挤成型的复合材料空心管；以该复合材料空心管作基础，在管芯内注满发泡聚氨酯泡沫材料构成其内芯层；在管芯的外表面缠绕玻璃纤维树脂基复合材料构成所述横担的外层；
2)确定步骤1)外层所用的树脂基原料配比和该外层的缠绕厚度；
3)将步骤1)所述复合材料空心管的内径d与外径D值，代入公式①得到横担的抗弯截面系数W；
取实际线路中使用工况的设计载荷数值F与所述横担的力臂长度L代入公式②，获取该横担所能承受的最大弯矩M；
M＝F×L ②
4)取步骤3)使用工况时的最大弯矩M和所述横担的抗弯截面系数W，代入公式③，获取使用工况时所述横担能够承受最大载荷作用时的最大应力值σ；
σ＝M/W ③
5)将步骤4)获取的最大应力值σ与所述复合材料空心管的许用应力值的相比，得到所述横担在使用工况时的安全系数值；
6)将步骤5)得到的安全系数值与设计安全系数值1.8进行比较，以得到安全系数与设计要求的安全系数之间的差距；
7)制备缠绕成型复合材料试样，完成测试，得到该试样的基本性能指标以确定所述外层的缠绕玻璃纤维树脂基复合材料的缠绕方式及厚度；其中缠绕方式以缠绕方向角90°/0°/54°/90°/0°/90°顺序缠绕，该缠绕层的厚度值为5mm～7mm；
8)将步骤7)所述试样的基本性能指标中的弹性常数及泊松比性能参数、缠绕方向角的顺序以及缠绕厚度值导入有限元软件ANSYS，由ANSYS软件的Preprocessor-modeling命令进行实体建模，Preprocessor-meshing划分网格、Preprocessor-solution-define loads施加载荷及Preprocessor-solution-solve-current LS模拟计算，最终分别由General postprocessor-plotresults-contourplot-nodal solution-stress-vonMises stress和General postprocessor-plotresults-contourplot-DOF solution-displacementvector sum命令得到给横担结构承受载荷作用下的Mises等效应力值及挠度值；
9)判断步骤8)得到的横担结构是否满足设计安全系数值的要求，即正常运行工况下横担顶端的挠度小于整体横担长度的15‰，大风工况下所述横担的强度应大于设计安全系数值1.8；
10)若满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计，进入横担的加工程序；若不满足设计要求，重复步骤7)～步骤9)，调整所述缠绕层的厚度及铺层方向角的优化，直至所述横担的安全系数值满足设计要求，则完成所述复合材料横担的设计。
6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于：步骤1)所述复合材料空心管的内径为70-80mm，外径为100mm；该空心管的厚度为10-15mm；所述玻璃纤维树脂基复合材料由8-10层玻璃纤维布与树脂基复合材料相间铺设固化成型；其中，所述增强热固性树脂由乙烯基酯树脂90～100份，固化剂1～3份，促进剂0.2～1.5份，防老化剂1～3份，色浆0.2～1份混合而成。
7.根据权利要求5或6所述的设计方法，其特征在于：步骤6)所述试样的基本性能指标为：在室温16℃、相对湿度40％条件下，缠绕用的玻璃纤维布拉伸弹性模量为40.9GPa；弯曲模量为11.2GPa；剪切模量5.2GPa；泊松比为0.33；所述发泡聚氨酯泡沫层的弹性模量为8.41GPa；泊松比为0.36。
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