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正文:
纤维复合材料设计中需要考虑的问题
为了在纤维增强复合材料的一个方向上获得最大强度,纤维在
该方向上应很好地排成直线。纤维的这种排列方式导致了性能的最
大程度的各向异性。在某些应用场合不希望有这种各向异性。直线
排列的复合材料各层交叉层压或者把纤维混乱无规律的排列,可以
保证得到各向同性。对于那些要用{艮大纤维体积分数的材料,后
一种方法是不实际的,因为降低了有效堆积系数。在复合材料承受
拉伸载荷的应用场合,加载方向上的拉伸强度是重要的设计指标。
在受压缩载荷的条件下,翘曲破坏成了一个重要的参数。对于一个
有确定构型的结构单元来说,翘曲应力和复合材料组分的弹性模量
成比例。在这种情况下,复合材料的弹性模量是重要的设计指标。
当用复合材料进行设计时应当牢记的一个重要因素是复合材料
之获得高强度,只是由于纤维的弹性应变大。在某些结构上,这种
应变能引起令人不满意的挠曲。
尽管纤维复合材料的强度很高,但它们的断裂韧性却很低。这
是因为高强度所要求的条件和高断裂韧性所要求的条件是矛盾的。
前者的条件是临界长度与直径的比值要小,纤维与基体之间的界面
键合强度要高。后者要求的条件是临界长度与直径的比值要大和平
行于纤维方向的界面结合强度要弱。一般说来,对于一种给定的用
途来说,强度和韧性要互相折衷。
当应用纤维复合材料时,连接方法是在设计中应当考虑的另一
个重要因素。若要不破坏复合材料的结构,也不削弱它们的机械强
度,就不能应用标准的熔焊工艺方法。铆接或螺钉连接,除非载荷
在螺钉孔或铆钉孔附近的分布是均匀的,否则这种联接方法是不实
用的。螺钉和铆钉处常有应力集中,能引起局部起层和裂纹。钎焊
和低温焊预计不会严重地改变纤维结构,所以它们可以应用。但是
,对于通常加到复合材料上的载荷来说,钎焊和低温焊的强度一般
是不足的。在许多场合唯一满意的解决办法就是把复合材料结构制
成一个整体零件。
出自http://www.bjsgyq.com/
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