《复合材料结构设计》PPT课件

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1、导弹总体结构设计第四章复合材料结构设计第四章复合材料结构设计§4.1概述§4.2设计选材与设计许用值确定§4.3层合板与层合件设计§4.4夹层结构设计§4.5结构连接设计§4.6复合材料弹/箭结构4.1.1层合板及其表示方法铺层及其方向的表示§4.1概述（a）正轴坐标系和应力（b）偏轴坐标系和应力4.1.1层合板及其表示方法（2）层合板的表示方法§4.1概述4.1.2单层复合材料的力学性能★单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。★材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量E1和E2、主泊松比n12、纵

2、横剪切弹性模量G12四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度Xt、Xc，横向拉伸与压缩强度Yt、Yc，纵横剪切强度S共五个强度参数。这9个工程常数是通过单向层合板的单轴试验确定的。★单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能。§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围§4.1概述树脂基复合材料结构成形工艺方法分类示图4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围§4.1概述复合材料构件成形工艺方法的特点与适用范围4.1.3复合材料结

3、构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆热压罐成形（工艺示图如右图）§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆真空袋成形法（工艺示图如下图）§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆软模成形法（工艺示图如下图）§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆缠绕成形法（工艺示图如下图）§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆树脂转移模塑成形法（RTM）（工艺示图如下图）§4.1概述

4、4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）常用的工艺成形方法◆树脂熔模浸成形法（RFI）（工艺示图如下图）§4.1概述4.1.3复合材料结构的制造与成形工艺（2）复合材料结构件的机械加工成形复合材料结构切割加工时，所有的切割边缘都应完整光滑，以避免边缘分层而引发结构提前破坏。为防止总体变形，必要时应将零件固定在型架上进行切割。切割与修磨过程中，应及时清除切屑粉尘，以防止零件划伤，降低污染，所有切割、修磨暴露的表面都必须用相应树脂或漆料、密封剂等封口。复合材料构件的切割加工有砂轮片切割、超声波切割、高压水切割、激光

5、切割等方法，每种方法均有其优缺点，应根据设计要求、现有条件限制和成本要求，选择合适的加工方法。§4.1概述4.1.4复合材料结构的质量控制（2）复合材料结构件的机械加工制造过程的质量控制可分为工序的质量管理和成品的质量管理，前者是复合材料结构制造质量高低的关键。复合材料成形是质量控制过程中的重要环节，是确保制件质量满足设计要求，达到规定目标的关键。成形工艺过程是由每道工序组成的，因此，工序操作管理是成形工艺质量保证的基础。对于常规零件和构件其作业流程大致为：§4.1概述4.1.5复合材料结构设计的一般要求和设计步骤

6、（1）一般要求★按许用应变设计结构时，采用使用载荷设计、设计载荷校核的原则；★在确定设计许用值时，必须考虑环境对材料性能的影响；★复合材料结构的安全水平，不能低于同类金属结构；★注意防止与金属零件接触时的电偶腐蚀。★必须进行防雷击、防静电和电磁兼容设计与试验验证。★尽量设计成整体件，并采用共固化或二次固化、二次胶接技术，以利减重和提高产品质量，但应注意共固化引起的结构畸变和胶接质量问题。§4.1概述4.1.5复合材料结构设计的一般要求和设计步骤（2）设计步骤★选材时就必须同时考虑材料的机械性能、使用环境和工艺性等因

7、素。★初步设计阶段应对结构的可维护性、可修理性和维修的费用进行考虑与评估。★首先应明确设计，之后进行设计选材和层合板设计，然后进行结构设计。★设计选材和层合板设计包括组分材料的选用、铺层性能的确定以及层合板设计；结构设计则包含结构形式的确定、结构元件设计、结构细节设计和连接设计等内容。§4.1概述4.2.1复合材料结构设计的选材（1）选材的原则★根据结构最高工作温度及其采用的工艺方法选择树脂基体体系，根据性能要求和成本指标选择增强纤维。★重点考虑反映缺陷/损伤和环境因素影响的性能。★重点考虑与固化成形工艺有关的参数

8、。§4.2设计选材与设计许用值确定4.2.1复合材料结构设计的选材（2）纤维性能及其选择★选择纤维时，首先要确定纤维的类别，其次要确定纤维的品种规格。对纤维类别的选择，应按比强度、比刚度、延伸率、热稳定性、性能价格比等指标，结合结构的使用要求综合考虑。★已在飞行器结构中应用的增强纤维有碳纤维、凯芙拉（Kevlar）、玻璃纤维（S玻璃、E玻璃）和硼纤维等。§4