3复合结构设计基础摘要.ppt

3 复合材料结构设计基础  3.1 复合材料结构设计过程  3.2 材料设计3.2.1 原材料的性能及选择 正确选材原则: （1） 在满足结构使用性能要求的条件下，尽可能地降低成本； （2） 材料的力学性能要满足结构的强度、刚度和稳定性要求； （3） 其耐环境性能可使结构在使用环境下正常工作，并满足寿命要求； （4） 所选材料体系适合于拟采用的成型工艺，并且在预浸料制备、固化成型、机械加工、装配和修补等方面具有良好的工艺性； （5） 对所选材料体系有深入了解，尽可能地选用已定型的、批量生产的、质量稳定的原材料； （6） 货足，易运输、储存，安全性好；（7） 满足结构的特殊性能要求；3.2.1.1 纤维性能及选择3.2.1.2 树脂性能及其选择 复合材料树脂基体的选择原则： a.应满足结构的使用温度范围要求； b.应满足基体的力学性能要求； c.树脂的物理、化学性能应满足结构的使用要求；d.满足工艺性要求； e.低毒性、低刺激性，价格合理； 3.2.2 复合材料成型工艺选择3.2.3 复合材料的力学性能3.2.4 层合板设计3.2.4.1 层合板设计的一般原则 （1） 均衡对称的铺设原 （2） 铺层定向原则 （3） 铺层取向按承载选取原则 （4） 铺设顺序原则 （5） 铺层最小比例原则（6） 冲击载荷区设计原则 （7） 连接区设计原则 （8） 变厚度设计原则 （9） 开口区铺层原则3.2.4.2 等代设计法3.2.4.3 准网络设计法 （1） 计算应力     （2） 确定定向层比   （3） 重新计算应力 、 、  （4） 判别比值误差 （5） 确定各定向层层数 各层的总厚度：   这里    若单层厚度为 ，则   总层数为 3.2.4.5 毯式曲线设计法（1）画出毯式曲线图（2）确定定向层比和定向层层数 例：现需一T300/QY8911层合板，要求层合板面内拉伸弹性模量 GPa，拉伸强度 MPa，试确定各定向单层比例。 解：（1）确定采用π/4层合板，并先任选一层比例，如0°层60%，±45°层20%，则90°层为20%。一旦选定铺层方式，就能确定相应的性能。即 。 （2）为了得到层面板内拉伸弹性模量 ，把图中x和y坐标互换，即0°层合90°层含量互换，则变成这两张图中的B点，该点的 。 （3）由于 大于所需值，而 小于所需值，故需对铺层比例进行调整。如改0°层为40%,90°层40%，±45°层20%，在图中对应C点，其 =647MPa， =65.5GPa。x和y轴互换仍为C 点，所以 =65.5GPa。因此， 和 均满足要求。进一步调节是从安全系数上获益。 当然如用非π/4层和板也能满足要求，但计算和工程上均较麻烦。 也可用同样方法确定其他特性，如剪切模量、压缩强度、泊松比和热膨胀系数。 3.3 结构设计3.3.1 结构设计的一般原则（1） 复合材料结构一般采用按使用载荷设计，按设计载荷校核的方法。（2） 结构设计计算用的许用值，分为使用许用值和设计许用值，它们分别对应于最大使用载荷和设计载荷。（3） 复合材料强度准则只适用于复合材料单层。（4） 当结构使用温度范围很宽或在不同温度下复合材料性能变化较大时，则应力分析所用材料的力学性能数据应按温度区间选取，材料弹性常数选取试样在相应温度区间测定的平均值，强度计算采用材料在相应温度区间的许用值，而应力分析所用的外载荷选取相应温度区间的各个工况中的最大使用载荷。（5） 复合材料结构在使用载荷作用下，不允许结构有永久变形。（6） 有刚度要求的一般部位，材料弹性常数的数值可选取对应温度区间的平均值；对于刚度有严格要求的重要部位，需选取对应温度区间的B基准值。3.3.2 结构设计应考虑的工艺性要求 3.3.3 许用值和安全系数3.3.3.1 许用值的确定