第五章 設(shè)計(jì)選材與設(shè)計(jì)許用值確定
第一節(jié) 設(shè)計(jì)選材
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材應(yīng)按具體使用部位,綜合考慮強(qiáng)度、韌性、最高工作溫度、耐濕 "熱性能、工藝性、成本、使用經(jīng)驗(yàn)、材料來(lái)源等因素綜合權(quán)衡折衷、擇優(yōu)選用。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選材原則與金屬材料是相同的,但必須突出考慮復(fù)合材料特有的性能。
一、設(shè)計(jì)選材原則
()與金屬材料一樣,設(shè)計(jì)選材應(yīng)以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)完整性要求,低成本(經(jīng)濟(jì)性好)為基點(diǎn)。()所選材料應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)使用環(huán)境要求,具有良好的耐環(huán)境性(韌性好、耐濕熱)。
復(fù)合材料使用溫度應(yīng)大于結(jié)構(gòu)最高工作溫度,在溫度與吸濕疊加嚴(yán)重情況的惡劣(濕 "熱)環(huán)境條件下,復(fù)合材料性能不能有顯著下降;長(zhǎng)期工作溫度下,復(fù)合材料性能穩(wěn)定;
"具有良好的韌性,對(duì)外來(lái)物沖擊損傷、分層、孔等缺陷 "損傷不敏感;
耐燃油、耐介質(zhì)、耐自然老化、砂蝕、雨蝕等方面性能良好。
(%)所選材料應(yīng)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)特殊性能要求。
電磁屏蔽和搭接電阻等電磁性能要求;
"阻燃、燃燒時(shí)煙霧毒性等內(nèi)部結(jié)構(gòu)裝飾材料特性要求。
(&)所選材料應(yīng)具有良好的工藝性即預(yù)浸料粘性適中、鋪敷性好、加壓帶寬、固化
溫度要低和室溫使用壽命與貯存期長(zhǎng),以及機(jī)械加工性、可修理性良好等。(’)具有與不同材料很好的匹配性。(()環(huán)境保護(hù)要求的投資費(fèi)用少。())優(yōu)先選用已有使用經(jīng)驗(yàn)的“老”材料,材料品種不宜多,供貨渠道可靠、穩(wěn)定,
盡可能立足國(guó)內(nèi)。
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二、設(shè)計(jì)選材主要考慮的性能
()根據(jù)結(jié)構(gòu)最高工作溫度及其采用的工藝方法選擇樹(shù)脂基體體系。復(fù)合材料
各類(lèi)樹(shù)脂基體的工作溫度范圍。
根據(jù)性能要求和成本指標(biāo)選擇纖維,對(duì)結(jié)構(gòu)件一般選擇高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料,重
要結(jié)構(gòu)件選擇中模高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料。
(")重點(diǎn)考慮反映缺陷 損傷和環(huán)境因素影響的性能
沖擊后壓縮強(qiáng)度(%&),室溫、干態(tài)下開(kāi)孔拉伸強(qiáng)度,濕 熱條件下壓縮強(qiáng)度均表
征外來(lái)物沖擊、缺陷、孔和濕 熱條件對(duì)材料性能的影響。圖 "—’表示材料性能的綜
合水平。目前第四代戰(zhàn)斗機(jī),如歐洲戰(zhàn)斗機(jī) ()"***所用的 +,- -./-、“陣風(fēng)”號(hào)(0121&3)所用的 +,- ’"4’和 )—""所用的 +,/ ’"’*—4,其 %+值均在 "** 5 "’*,61,而且具有很好的耐濕 熱性能。 7*8拉伸斷裂伸長(zhǎng)特性是由樹(shù)脂基體控制的性能,近幾年才受到重視,并作為鑒定層間性能的方法。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,芳綸雖具有較好性能,但易吸收水分,即耐濕 熱性能差,因此不能單獨(dú)用于主結(jié)構(gòu)件。(.)重點(diǎn)考慮與固化成形工藝有關(guān)參數(shù)
設(shè)計(jì)選材時(shí)需按工藝要求選擇適用的或?qū)S玫臉?shù)脂體系。以熱壓灌固化工藝為
例,應(yīng)考慮固化溫度、固化時(shí)間、后處理溫度和時(shí)間,加壓帶寬以及對(duì)輔助材料要求等固
化工藝參數(shù)。最好選擇適合共固化成形的材料,以降低成本,還應(yīng)考慮預(yù)浸料貯存期。
上述幾條設(shè)計(jì)選材主要考慮,重點(diǎn)在于選擇適用的樹(shù)脂基體。先確定最高使用
溫度,則可縮小基體的選擇范圍,進(jìn)而再細(xì)考慮所需復(fù)合材料力學(xué)性能、工藝性、經(jīng)濟(jì)
性等特性的細(xì)節(jié)。復(fù)合材料大多以預(yù)浸料形式供貨,因此,一些生產(chǎn)商提供了預(yù)浸料
基體選用指南,供使用者參閱。
結(jié)構(gòu)選材中,使用經(jīng)驗(yàn)有顯著影響,類(lèi)似的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則,不同的設(shè)計(jì)師會(huì)有不
同的材料選擇。盡管目前機(jī)翼蒙皮多采用熱固性樹(shù)脂體系(雙馬來(lái)酰亞胺樹(shù)脂體系)
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