第九章--复合的结构设计总结.ppt

（3）强度预测与核定 横向强度预测困难，以实验为准。 纵向拉伸强度(纤维延伸率小，首先断裂) 纤维量多，取决于纤维 纤维量少，取决于基体 纵向压缩强度 取计算结果小者 最后以实验校核为准。 3. 层合板设计(P96) 内容包括：确定铺层取向，铺层顺序，层合厚度。 0/+45/90/-45° 0/90° 0° ⊥45° ①对称铺设：与主应力方向、厚度中心对称。 ②均匀铺设：相邻层间角尽可能小，以防内应力过大。 ③最小铺设比例6～10%。 ④边缘包层。 ⑤冲击载荷区以0o层承载， ±45o层分散应力均衡负荷。 ⑥厚度变化区以阶梯过渡。 1）铺设技术要点和原则（P96）： 冲击载荷 分散应力 主承载 0o ±45o ①概念：在载荷和使用环境不变的条件下，用相同形状的复合材料层合板来代替其他材料，并使用原来材料设计的方法进行设计，以保证强度和刚度。 ②优点：可以减轻结构件的质量。 ③缺点：对于受大载荷的承力构建不适合。 ④设计注意事项：准各项同性和非准各项同性。见表5-12. 2）等代设计法（P96）： 5.2.3 结构设计（P98） 结构设计的一般原则 （1）按使用载荷设计、按设计载荷校核； （2）使用载荷——使用许用值， 设计载荷——设计许用值； （3）复合材料失效准则只适用于单层； （4）无刚度要求，材料弹性常数的数据可采用试验数据和平均值；有刚度要求则需要选取B基准值。 2. 结构设计应考虑的工艺性要求（P99） 工艺性包括构件的制造工艺性和装配工艺性。 3. 许用值与安全系数的确定（P99-100） 许用值包括使用许用值和设计许用值。 结构设计中，在保证安全的条件下，应尽可能降低安全系数。 设计值 = 安全系数×使用值 安全系数选取： ? 玻璃纤维 2～3 ? 高强度纤维 1.5～2 ? 民用取上限，军事用途可取低些。 4. 结构设计应考虑的其他因素（P101） 复合材料结构设计除要考虑强度和刚度、稳定性、连接接头设计等以外，还需考虑热应力、防腐蚀、防雷击、抗冲击等因素。 * （1）对于结构物，特别是航空、航天结构，在满足要求的前提下，应使结构质量最轻。 （3）如飞机雷达罩要求有透波性，隐身飞机要求有吸波性，客机内的装饰件要求阻燃性等。 （4）复合材料的工艺性包括预浸料工艺性、固化成型工艺性、机加转配工艺性和修补工艺性等四个方面。工艺要求与选择的基体材料和纤维材料有关。 （5）成本包括初期成本和维修成本，效益指减重获得节省材料、性能提高、节约能源等方面的经济效益。因此成本低、效益高的原则是一项重要的选材原则。 * 选择纤维类别，是根据结构的功能选取能满足一定的力学、物理和化学性能的纤维。 选择纤维规格，是按比强度、比刚度和性价比选取的。 * 工程上通常选用GF、KF或CF，BF一方面价格昂贵，一方面刚度大、直径粗、弯曲半径大、成型困难，所以应用受到很大纤维。除了选用单一纤维外，还可由多种纤维混合构成混杂复合材料。 * 热固性树脂包括环氧、酚醛、聚酯、聚酰亚胺树脂，热塑性树脂如聚砜、聚醚砜、聚醚醚酮、尼龙等。 * * * 若承受拉（压）载荷，则使铺层的方向按载荷方向铺设；若承受剪切载荷，则铺层按450向成对铺设；若承受双轴向载荷，则铺层按受载方向00，900正交铺设；若承受多种载荷，则铺层按00、900、450多向铺设。 * （1）（2）以避免拉-剪、拉-弯耦合而引起固化后的翘曲变形。 （3）为避免基体承载，减少湿热应力，使复合材料与其相连接的金属泊松比相协调，以减少连接诱导应力等，对于方向为00、900、450铺层，其任一方向的铺层最小比例应大于6~10%。 （4）边缘包层以防止边缘分层破坏。 （5）冲击载荷区层合板应有足够多的00层，用于承受局部冲击载荷；也要有一定量的450层以使载荷扩散。 * 复合材料结构与金属在满足强度、刚度的原则上是相同的，但由于材料特性和结构特性与金属有很大差别，所以复合材料结构在满足强度、刚度的原则上还有别于金属结构。 * 在结构设计中，为了确保结构安全工作，又应考虑结构的经济性，要求质量轻、成本低，因此，在保证安全的条件下，应尽可能降低安全系数。 第九章 复合材料的结构设计 主要内容 1、复合材料结构设计的概念和基础 2、复合材料的设计过程 3、复合材料设计的举例 一、复合材料的结构设计基础 （教材P8-9） 复合材料本身是非均质、各向异性材料，因此，复合材料力学在经典非均质各向异性弹性力学基础上得到迅速发展。 复合材料不仅是材料，更确切的说是结构。 一次结构 二次结构 固体力学 三次结构 一次结构是指由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分