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复合材料结构设计的独特优势和不同理念

——大型叶片的结构设计

张汝光

原上海玻璃钢研究所

复合材料性能研究室主任

2010年2月

内容：

一复合材料的独特优势

——“自由灵活”的结构设计

二复合材料结构设计的不同理念

三大型叶片的结构设计

（复合材料成功应用的典型范例）

我国复合材料力学的开创者朱颐龄教授

朱颐龄教授三十一年前曾指出：

“近代复合材料的发展，使人类对材料的使用，

从必然王国向自由王国迈进一步。”

复合材料独特优势：有很大的设计自由度，广阔的创意空间。

一复合材料的独特优势

——“自由灵活”的结构设计

1.1复合材料的制造工艺可以“随意摆布”

1.2复合材料性能是“一张白纸”

1.3复合材料可以对制品“度身剪裁”

1.1复合材料有可以“随意摆布”的工艺

●在制造制品时，纤维是柔软的，基体尚能流动，

使得可以对它们“随意摆布”。

●就可以根据不同制品的不同特点，

设计不同的五花八门的制造工艺。

工艺可以“随意摆布”对结构和结构件造型非常有利

根据制品结构和应用要求的不同，对应发展生产效率高的

五花八门成型工艺

●手糊成型工艺(Handlayupprocesses)

●喷射成型工艺(Spayupprocesses)

●模压成型工艺(Compressionmolding)

●缠绕成型工艺(Filamentwinding)

●拉挤成型工艺(Pultrusion）（缠绕拉挤成型工艺)

●卷管成型工艺(Tuberolling)

●自动铺放成型工艺(AutomatedfiberplacementAutomated

tapelaying)

●树脂灌注成型工艺（Resininfusionprocesses）

◆树脂传递成型工艺(Resintransfermolding/RTM)

◆真空辅助树脂传递成型工艺（Vacuum-assistedresintransfer

molding/VARTM）

◆西门复合材料树脂灌注成型工艺(Seemancompositeresin

infusionmoldingprocess)

………………等等。

1.2复合材料有“一张白纸”的性能

——可以画出“必威体育精装版最美图案”

●常规材料以物质成分归类定义，如：金属、陶瓷、塑料…..；

常规材料都有特定物质成分。就有特定性能

●复合材料的定义：两种或两种以上物料，以物理结合方式复合……；

它没有特定物质的成分。

以使用方法定义

就没有特定性能

复合材料的性能是“一张白纸”可以——

自由画出（设计）“必威体育精装版最美（性能）图案”

复合材料有怎样的性能？

●作为结构材料可以设计范围很广的材料力学性能；

●是结构材料，又可以兼有功能材料性能，如：透波、吸波、

绝缘、导电、防腐、保温、耐烧蚀、透光……等等；

●可以设计具有“特异功能”材料，如：突变刚度、负泊松比、

零热膨胀系数、弯－扭耦合……等等。

“一张白纸”的性能，对结构设计非常有利。

1.3复合材料可以对制品“度身剪裁”

●常规材料的材料概念：用于直接制造制品的物料（新华辞典）。

根据这个概念：先有材料（性能已确定），后做制品；

●复合材料完全不是那样：

制品制造之前，没有复合材料；

材料（及其性能）和制品是同时制造