發布時間:2019-10-29
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鑫材泰克介紹碳纖維復合材料結構設計要點(二)
鑫材泰克小編核心提示:鋪層結構鋪層結構是碳纖維復合材料結構設計的關鍵,如何把單層結構的優異性能傳遞到復合材料結構部件上,鋪層結構起到承上啟下的
鋪層結構
鋪層結構是碳纖維復合材料結構設計的關鍵,如何把單層結構的優異性能傳遞到復合材料結構部件上,鋪層結構起到承上啟下的作用。關于復合材料鋪層應注意以下幾點:
1. 樹脂是碳纖維復合材料力學性能的短板,所以盡量避免將載荷直接加到層間或者樹脂之間。也就是說,0°、±45°、90°的纖維都要有,否則載荷會將部件從沒有纖維排布的方向撕裂。
2. 為了防止層合板邊緣開裂,盡量避免重復單一方向的鋪層,設計時最多不超過5層。
3. 為了防止最外層鋪層的剝離,在部件的主載荷方向,應鋪放±45°纖維,而不能鋪放0°和90°纖維。另外,避免最外層鋪層間斷或不完整。
4. 若使用非對稱鋪層,每層因同方向上熱膨脹系數不同會出現翹曲,因此,一般要采用對稱鋪層。
5. 當增加補強鋪層時,每層階梯最少要3.8-6.4mm,附加鋪層也應盡量采用對稱鋪層。
連接
碳纖維復合材料部件開發過程中,不太可能都采用整體成型技術,需要進行部件與部件之間的連接的,則需要對連接形式進行設計。
一般來講,碳纖維復合材料部件的連接有三種形式:機械連接、膠結連接、混合連接。機械連接適用于連接件厚度大、可靠性要求較高、傳遞較大集中載荷的情況。膠結主要是利用粘結劑將零件連接成不可拆分的整體。
混合連接是膠結和機械連接的組合,它可以提高抗剝離、抗沖擊、抗疲勞、抗蠕變等性能。
疲勞與沖擊損傷
復合材料的疲勞與金屬材料相比,必須考慮溫度、濕度、沖擊損傷等因素。大多數情況下,沖擊損傷在結構設計中覆蓋了疲勞問題。
疲勞
一般情況下,復合材料的拉伸疲勞優于金屬。在正交層合板時疲勞或交變載荷作用下的開裂相對穩定,比金屬開裂擴展的慢。對復合材料必須注意受沖擊后的壓縮、剪切以及層間剪切在交變載荷作用下,引起的疲勞破壞。疲勞引起的早期破壞要因如下:
1. 缺口,尖角
2. 截面突變
3. 突起
4. 極端的偏心載荷
5. 螺栓連接接頭
6. 快速擺動
沖擊損傷
對于碳纖維復合材料結構,一般應將CAI強度(沖擊后壓縮強度)作為設計參數之一。飛機上確定損傷容限就是這么考慮的。損傷容限就是部件中允許的損傷范圍,如果超出這個限度,損傷將會顯著影響部件的性能。碳纖維復合材料的沖擊損傷容限必須在可檢測到的范圍內,作為設計參數之一加以考慮。
即使存在肉眼不可見的損傷,也要確保結構不發生CAI強度的下降。改善沖擊損傷的損傷容限,可以在碳纖維材料中加入芳綸纖維或者玻璃纖維。
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。