鑫材泰克介紹碳纖維復合材料結構設計要點(一)

　　碳纖維復合材料生產廠家鑫材泰克與大家分享碳纖維復合材料結構設計要點，探討了用碳纖維復合材料代替傳統金屬材料，尤其在制造重要的結構部件中的思路。發現需要考慮的因素太多，以致無法確定主次先后。今天就列一個清單，細數碳纖維復合材料結構部件的設計要點。

　　內容所有涉及的復合材料結構一般是指碳纖維預浸料鋪層結構。

　　強度與剛度

　　既然是結構部件，那么設計者首先要考慮的是強度和剛度。部件在外力載荷的作用下，有抵抗變形與破壞的能力，但是這個能力又是有限度的。

　　如何確定部件的使用載荷，不會超出部件的能力極限，是通過材料力學計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復合材料結構設計者需要考慮的問題。

　　通過合理的搭配纖維和樹脂，優化纖維排布，用最少的材料，滿足設計需求，體現了復合材料設計者精湛的技巧。不過決定復合材料強度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結合搭配有關。

　　所以，設計者在設計碳纖維復合材料結構部件時，需要考慮三個層級結構的力學性能。

　　由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學性能決定于組分材料的力學性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區的性能。

　　由單層材料層合而成的層合體，其力學性能決定于單層材料的力學性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設方向、鋪層序列) 。

　　最頂層結構是指通常所說的工程結構或產品結構，其力學性能決定于層合體的力學性能和結構幾何。

　　穩定性

　　除了強度與剛度要求，設計者還需考慮復合材料部件的失穩，尤其是對一些細長桿結構，在受壓時，應該能夠保證其原有的直線平衡狀態。對于一些框架結構部件，如果鋪層不均勻，也會產生翹曲失穩，所以在制造過程中尤其注意。最好采用對稱鋪層，以防變形不均勻。

　　一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產生失穩現象。但是如果對于一些特殊要求，可以產生失穩現象，那么設計過程中，要考慮失穩過程不會因此影響極限載荷。

      鑫材泰克（天津）復合材料有限公司是從事先進復合材料制件研制及生產的企業。主要產品碳纖維及其它先進復合材料制品：DR床板、CT床板、探測器面板、其他復合材料產品。