關于淺析復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設計的論文

　　引言

　　復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，具有重量輕、強度高、加工成型方便等優(yōu)點，在航空航天、汽車等對重量敏感的行業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。但復合材料的材料性能對加工工藝很敏感，并受加強纖維方向影響形成各向異性的材料性能特性。這就給復合材料構(gòu)件的設計帶來了挑戰(zhàn)，不能照搬傳統(tǒng)金屬材料的設計方法和理念。下面就復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設計，按照設計流程，從結(jié)構(gòu)方案設計，結(jié)構(gòu)強度設計，材料成型工藝和試驗驗證等方面進行分析。

　　1 復合材料零件的結(jié)構(gòu)方案設計

　　復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)方案設計與金屬材料有較大不同，復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)應盡量圓滑過渡，避免翻邊等型面曲率劇烈變化的結(jié)構(gòu)。由于復合材料的連接主要采用膠結(jié)的方式，因此在零組件設計方面，應盡量減少零件數(shù)，推薦采用一次成型的加工方案。在關重部位的連接方式上盡量采用預埋金屬連接件的方案。

　　2 結(jié)構(gòu)強度設計

　　隨著有限元設計等先進結(jié)構(gòu)強度設計方式的發(fā)展，現(xiàn)代構(gòu)件的設計從驗證設計開始向預測設計轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)金屬材料的結(jié)構(gòu)強度設計已經(jīng)趨于成熟，從材料性能、計算流程、校核標準等方面均有章可循，但復合材料構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強度設計目前仍存在一些問題�，F(xiàn)階段可以說基本解決了計算流程的問題，材料性能方面也隨著性能實驗和計算軟件平臺的開發(fā)逐漸解決，但在校核標準方面尚未形成統(tǒng)一的國家或行業(yè)標準和共識。因此在強度設計時需從結(jié)構(gòu)靜強度、剛度、動態(tài)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性方面全方位考慮，并選取較大的安全系數(shù)來提高結(jié)構(gòu)可靠性。

　　3 材料成型工藝

　　由于復合材料成型過程既是結(jié)構(gòu)形成階段，又是材料性能形成的階段，因此復合材料構(gòu)件對材料成型工藝提出了較高的要求，既要滿足結(jié)構(gòu)方案中復雜結(jié)構(gòu)一次成型的需求，又要滿足強度設計對材料性能指標的規(guī)定，同時對材料成型工藝的穩(wěn)定性要求也比較苛刻。在此階段，如材料成型工藝攻關不成功，則需降低要求重新進行構(gòu)件的結(jié)構(gòu)方案和強度設計工作。為減少設計風險，可在初始設計階段參考成熟成型工藝進行設計，當然帶來的損失就是構(gòu)件重量的增加和構(gòu)件指標的降低，因此應綜合考慮各方面因素，確定最優(yōu)化的可行性方案。

　　4 復合材料構(gòu)件的試驗驗證

　　鑒于復合材料組織均勻性差以及分層鋪敷的結(jié)構(gòu)特點，對復合材料構(gòu)件進行試驗驗證時應重點關注疲勞性能、破損容限等特性，并對材料耐高溫、腐蝕性能進行充分驗證。

　　5 結(jié)論

　　通過上述分析，可以看出復合材料構(gòu)件的設計相對難度較大，但由于復合材料自身的優(yōu)越性及行業(yè)設計能力的提升，必將得到更廣泛的應用。

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