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碳纖維復(fù)合材料憑借其眾多優(yōu)秀性能,代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料,特別是在一些重要部件的制作中,需要考慮到的因素較多,本文天津裕豐碳纖維小編為大家介紹一下碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的一些設(shè)計要點(diǎn)。內(nèi)容所有涉及的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般是指碳纖維預(yù)浸料鋪層結(jié)構(gòu)。
既然是結(jié)構(gòu)部件，那么設(shè)計者首先考慮的是碳纖維復(fù)合材料的強(qiáng)度與剛度，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(xué)計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要考慮的問題。
通過合理的搭配纖維和樹脂，優(yōu)化纖維排布，用最少的材料，滿足設(shè)計需求，體現(xiàn)了復(fù)合材料設(shè)計者精湛的技巧。不過決定復(fù)合材料強(qiáng)度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關(guān)，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結(jié)合搭配有關(guān)。所以，設(shè)計者在設(shè)計碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件時，需要考慮三個層級結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。由基體和增強(qiáng)材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決定于組分材料的力學(xué)性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區(qū)的性能。由單層材料層合而成的層合體，其力學(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設(shè)方向、鋪層序列) 。最頂層結(jié)構(gòu)是指通常所說的工程結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能決定于層合體的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)幾何。
除了強(qiáng)度與剛度要求，設(shè)計者還需考慮復(fù)合材料部件的失穩(wěn)，尤其是對一些細(xì)長桿結(jié)構(gòu)，在受壓時，應(yīng)該能夠保證其原有的直線平衡狀態(tài)。對于一些框架結(jié)構(gòu)部件，如果鋪層不均勻，也會產(chǎn)生翹曲失穩(wěn)，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(dá)到極限載荷之下，不允許產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。但是如果對于一些特殊要求，可以產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，那么設(shè)計過程中，要考慮失穩(wěn)過程不會因此影響極限載荷。
碳纖維復(fù)合材料部件在制作過程中，不太可能都采用整體成型，需要部件與部件之間的連接，一般碳纖維復(fù)合材料有三種連接方式，機(jī)械連接、膠結(jié)連接、混合連接。碳纖維復(fù)合材料的拉伸疲勞強(qiáng)度要優(yōu)于金屬材料，不過對于復(fù)合材料必須要注意受沖擊后的壓縮、剪切以及層間剪切在載荷作用下引起的疲勞破壞。