碳纤维复合材料是大型整体化结构的理想材料。与常规材料相比可使飞机减重20%-40%;复合材料还克服了金属材料容易出现疲劳和被腐蚀的缺点,增加了飞机的耐用性;复合材料的良好成型性可以使结构设计成本和制造成本大幅度降低。航空航天领域对碳纤维的需求主要来自两大方面,一是不断增加的碳纤维复合材料的应用比例,二是新增的飞机订单,预计2020 年,航空航天对碳纤维的需求将达到2.21 万吨。
除了强度与刚度要求,设计者还需考虑复合材料部件的失稳,尤其是对一些细长杆结构,在受压时,应该能够保证其原有的直线平衡状态。对于一些框架结构部件,碳纤维复合材料 应用,如果铺层不均匀,也会产生翘曲失稳,碳纤维复合材料,所以在制造过程中尤其注意。一般情况下采用对称铺层,以防变形不均匀。
一般情况下,在部件没有达到极限载荷之下,不允许产生失稳现象。但是如果对于一些特殊要求,可以产生失稳现象,那么设计过程中,要考虑失稳过程不会因此影响极限载荷。
碳纤维复合材料条状铺层的宽度要根据零件的外形制定,其根本宗旨是保证铺层中纤维连续和均匀,并且使得操作方便。
(1)确定铺层带宽。
带宽的选择要满足:
·最的小于铺叠大带宽;
·整个条状铺层能按规定路径全
部贴敷于铺叠曲面上;
·适合铺叠。
(2)条状铺层的边界选取。
·在小截面线上取一点,然后根据确定的带宽取点,直至截面线的边界;
·过这些点,以受力方向为引导方向,以零件的铺叠面为支持面,做测地线;
·根据这些线在铺叠面上分割铺层;
·将这些分割后的铺层展开成平面,碳纤维复合材料 加工,所得形状即为所需条状铺层的外形;
·在厚度方向上,每层上的拼接线都尽量错开一定距离,不要在沿厚度方向上重合。
(3)45°和90°的纤维路径。
45 °的理想纤维路径是45 °应力方向,90 °的理想纤维路径是90°应力方向。
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