復(fù)合材料鋪層設(shè)計

1、復(fù)合材料鋪層設(shè)計 復(fù)合材料鋪層設(shè)計復(fù)合材料制件最基本的單元是鋪層。 鋪層是復(fù)合材料制件中的一層單向帶或織物形成的復(fù)合材料單向?qū)印?由兩層或多層同種或不同種材料鋪層層合壓制而成的復(fù)合材料板材稱為層合板。 復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)件的基本單元正是這種按各種不同鋪層設(shè)計要素組成的層合板。本章主要介紹由高性能連續(xù)纖維與樹脂基體材料構(gòu)成的層合結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理和方法，也介紹復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。一、層合板及其表示方法 一、層合板及其表

2、示方法(1) (1) 鋪層及其方向的表示 鋪層及其方向的表示鋪層是層合板的基本結(jié)構(gòu)單元，其厚度很薄，通常約為 0.1～0.3mm。鋪層中增強纖維的方向或織物徑向纖維方向為材料的主方向（1 向：即縱向）；垂直于增強纖維方向或織物的緯向纖維方向為材料的另一個主方向 （2 向： 即橫向） 。 1—2坐標(biāo)系為材料的主坐標(biāo)系， 又稱正軸坐標(biāo)系， x-y 坐標(biāo)系為設(shè)計參考坐標(biāo)系， 如圖 10.1.1 所示。鋪層是有方向性的。鋪層的方向用纖維的鋪向角

3、（鋪層角） 鋪向角（鋪層角）θ 表示。所謂鋪向角（鋪層角）就是鋪層的縱向與層合板參考坐標(biāo) X 軸之間的夾角，由 X 軸到纖維縱向逆時針旋轉(zhuǎn)為正。 參考坐標(biāo)系 X-Y 與材料主方向重合則為正軸坐標(biāo)系。 X-Y方向與材料主方向不重合則稱偏軸坐標(biāo)系，如圖 10.1.1（b）所示。鋪層的正軸應(yīng)力與偏軸應(yīng)力也在圖 10.1.1 中標(biāo)明。單層的力學(xué)性能是復(fù)合材料的基本力學(xué)性能，即材料工程常數(shù)。由于單層很薄，一般僅考慮單層的面內(nèi)力學(xué)性能， 故假設(shè)為平

4、面應(yīng)力狀態(tài)。 單層在材料主軸坐標(biāo)系中通常是正交各向異性材料，在其主方向上某一點處的正應(yīng)變 正應(yīng)變 ε1、ε2 只與該點處的正應(yīng)力 正應(yīng)力 σ1、σ2 有關(guān)，而與剪應(yīng)力 剪應(yīng)力 τ 12 12 無關(guān)；同時，該點處剪應(yīng)變 剪應(yīng)變 γ12 12 也僅與剪應(yīng)力 剪應(yīng)力 τ 12 12 有關(guān)，而與正應(yīng)力無關(guān)。材料工程常數(shù)共 9 個：縱向和橫向彈性模量 彈性模量 Ε1 和 Ε2 、主泊松比 主泊松比 ν12 12、縱橫剪切 縱橫剪切彈性模量 彈性模

5、量 G12 12，共四個彈性常數(shù)；還有 縱向拉伸和壓縮強度 縱向拉伸和壓縮強度 X1 、X2 ，橫向拉伸 橫向拉伸與壓縮強度 與壓縮強度 Y1、Y2，縱橫剪切強度 縱橫剪切強度 S 共五個強度參數(shù)。這 9 個工程常數(shù) 個工程常數(shù)是通過單向?qū)雍习宓膯屋S試驗確定的。通常情況下，單層力學(xué)性能有明顯的方向性，與增強纖維的方向密切相關(guān)，即 Ε1>> >>Ε2，X>>Y X>>Y；而且拉伸與壓縮強度不

6、相等，即X1≠X2，Y1≠Y2；縱橫剪切性能與拉伸、壓縮性能無關(guān)，即 S 與 X 、Y 無關(guān)。由于單層復(fù)合材料是復(fù)合材料的基礎(chǔ)，故往往用它的性能來說明復(fù)合材料的性能。 但應(yīng)當(dāng)指出： 單層的性能不能替代實際使用的層合復(fù)合材料的性能。 一般說，實際使用的層合復(fù)合材料性能要低于單向復(fù)合材料的縱向性能。 復(fù)合材料的性能與材料中含有的纖維數(shù)量有很大的關(guān)系， 所以在規(guī)定性能數(shù)據(jù)時， 一般還應(yīng)給定材料所含的纖維量 纖維量，通常用纖維所占的體積百分比