關(guān)于淺析復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計的論文
引言
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，具有重量輕、強度高、加工成型方便等優(yōu)點，在航空航天、汽車等對重量敏感的行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。但復(fù)合材料的材料性能對加工工藝很敏感，并受加強纖維方向影響形成各向異性的材料性能特性。這就給復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)，不能照搬傳統(tǒng)金屬材料的設(shè)計方法和理念。下面就復(fù)合材料構(gòu)件的`結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照設(shè)計流程，從結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)強度設(shè)計，材料成型工藝和試驗驗證等方面進行分析。
1 復(fù)合材料零件的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計
復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計與金屬材料有較大不同，復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量圓滑過渡，避免翻邊等型面曲率劇烈變化的結(jié)構(gòu)。由于復(fù)合材料的連接主要采用膠結(jié)的方式，因此在零組件設(shè)計方面，應(yīng)盡量減少零件數(shù)，推薦采用一次成型的加工方案。在關(guān)重部位的連接方式上盡量采用預(yù)埋金屬連接件的方案。
2 結(jié)構(gòu)強度設(shè)計
隨著有限元設(shè)計等先進結(jié)構(gòu)強度設(shè)計方式的發(fā)展，現(xiàn)代構(gòu)件的設(shè)計從驗證設(shè)計開始向預(yù)測設(shè)計轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)金屬材料的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計已經(jīng)趨于成熟，從材料性能、計算流程、校核標(biāo)準(zhǔn)等方面均有章可循，但復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度設(shè)計目前仍存在一些問題。現(xiàn)階段可以說基本解決了計算流程的問題，材料性能方面也隨著性能實驗和計算軟件平臺的開發(fā)逐漸解決，但在校核標(biāo)準(zhǔn)方面尚未形成統(tǒng)一的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和共識。因此在強度設(shè)計時需從結(jié)構(gòu)靜強度、剛度、動態(tài)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面全方位考慮，并選取較大的安全系數(shù)來提高結(jié)構(gòu)可靠性。
3 材料成型工藝
由于復(fù)合材料成型過程既是結(jié)構(gòu)形成階段，又是材料性能形成的階段，因此復(fù)合材料構(gòu)件對材料成型工藝提出了較高的要求，既要滿足結(jié)構(gòu)方案中復(fù)雜結(jié)構(gòu)一次成型的需求，又要滿足強度設(shè)計對材料性能指標(biāo)的規(guī)定，同時對材料成型工藝的穩(wěn)定性要求也比較苛刻。在此階段，如材料成型工藝攻關(guān)不成功，則需降低要求重新進行構(gòu)件的結(jié)構(gòu)方案和強度設(shè)計工作。為減少設(shè)計風(fēng)險，可在初始設(shè)計階段參考成熟成型工藝進行設(shè)計，當(dāng)然帶來的損失就是構(gòu)件重量的增加和構(gòu)件指標(biāo)的降低，因此應(yīng)綜合考慮各方面因素，確定最優(yōu)化的可行性方案。
4 復(fù)合材料構(gòu)件的試驗驗證
鑒于復(fù)合材料組織均勻性差以及分層鋪敷的結(jié)構(gòu)特點，對復(fù)合材料構(gòu)件進行試驗驗證時應(yīng)重點關(guān)注疲勞性能、破損容限等特性，并對材料耐高溫、腐蝕性能進行充分驗證。
5 結(jié)論
通過上述分析，可以看出復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計相對難度較大，但由于復(fù)合材料自身的優(yōu)越性及行業(yè)設(shè)計能力的提升，必將得到更廣泛的應(yīng)用。
【關(guān)于淺析復(fù)合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計的論文】相關(guān)文章：