復合材料鋪層設計

1、復合材料鋪層設計 復合材料鋪層設計復合材料制件最基本的單元是鋪層。 鋪層是復合材料制件中的一層單向帶或織物形成的復合材料單向層。 由兩層或多層同種或不同種材料鋪層層合壓制而成的復合材料板材稱為層合板。 復合材料層壓結構件的基本單元正是這種按各種不同鋪層設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成的層合結構和夾層結構設計的基本原理和方法，也介紹復合材料結構在導彈結構中的應用。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構單元，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坐標系為材料的主坐標系， 又稱正軸坐標系， x-y 坐標系為設計參考坐標系， 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 X 軸之間的夾角，由 X 軸到纖維縱向逆時針旋轉為正。 參考坐標系 X-Y 與材料主方向重合則為正軸坐標系。 X-Y方向與材料主方向不重合則稱偏軸坐標系，如圖 10.1.1（b）所示。鋪層的正軸應力與偏軸應力也在圖 10.1.1 中標明。單層的力學性能是復合材料的基本力學性能，即材料工程常數(shù)。由于單層很薄，一般僅考慮單層的面內力學性能， 故假設為平

4、面應力狀態(tài)。 單層在材料主軸坐標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變 正應變 ε1、ε2 只與該點處的正應力 正應力 σ1、σ2 有關，而與剪應力 剪應力 τ 12 12 無關；同時，該點處剪應變 剪應變 γ12 12 也僅與剪應力 剪應力 τ 12 12 有關，而與正應力無關。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)是通過單向層合板的單軸試驗確定的。通常情況下，單層力學性能有明顯的方向性，與增強纖維的方向密切相關，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，即 S 與 X 、Y 無關。由于單層復合材料是復合材料的基礎，故往往用它的性能來說明復合材料的性能。 但應當指出： 單層的性能不能替代實際使用的層合復合材料的性能。 一般說，實際使用的層合復合材料性能要低于單向復合材料的縱向性能。 復合材料的性能與材料中含有的纖維數(shù)量有很大的關系， 所以在規(guī)定性能數(shù)據時， 一般還應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