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發(fā)布時(shí)間:2021-09-14 05:49  
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利用鋪層設(shè)計(jì)減重:
碳纖維復(fù)合材料具有高度的各向異性,復(fù)合材料縱向(纖維方向)的彈性模量和強(qiáng)度較強(qiáng),橫向(垂直纖維方向)的彈性模量和強(qiáng)度則相對(duì)較弱。可以通過鋪層結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì),利用復(fù)合材料的非對(duì)稱和非均衡鋪層產(chǎn)生的耦合效應(yīng),把復(fù)合材料結(jié)構(gòu)剛度和結(jié)構(gòu)彈性結(jié)合起來,使碳纖維復(fù)合材料的優(yōu)勢力學(xué)性能方向沿結(jié)構(gòu)的傳力路徑布置,從而有效利用了每一絲束的承載能力,發(fā)揮出其力學(xué)性能優(yōu)勢。
碳纖維在航空領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)以下實(shí)例
碳纖維是由有機(jī)碳纖維高溫環(huán)境裂解碳化形成碳主鏈結(jié)構(gòu),含碳量在90%人上的纖維材料,碳纖維能夠極大提升航空設(shè)備的性能。
飛行器制造材料輕量化設(shè)計(jì)能夠大幅降低油耗,有數(shù)據(jù)表明,民用飛機(jī)減重1K0能夠節(jié)省約3000美元的燃料,并且飛行器的飛行速度加快,它對(duì)于制造材料的強(qiáng)度和航變形能夠有著較高的要求,所以飛行器的制作材料一直朝看輕量化和高強(qiáng)的方向發(fā)展,碳纖維具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高和性能好等特點(diǎn),相比于同體積的鋁合金結(jié)構(gòu)減重要突出,在近些年受到航空制作業(yè)的青睞。
制作碳纖維管的方式和其他碳纖維制品的加工方法有所不同,一般碳纖維制品多采用封閉模具傳遞樹脂固化成型,而碳纖維管生產(chǎn)方法有預(yù)浸料卷制成管,纏繞或拉擠碳纖維原絲制作。拉擠碳纖維絲能保持碳纖維的連續(xù)性和管的均質(zhì)性,但是無法實(shí)現(xiàn)纖維角度的改變,做出來的產(chǎn)品承受軸向拉伸力小。纏繞方式制作方式能夠設(shè)計(jì)纏繞方式,更好的發(fā)揮碳纖維性能,但是對(duì)于異性結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn),另外纏繞的時(shí)候纖維的角度,纏繞的厚度等諸多參數(shù)的改變都會(huì)影響碳管品質(zhì)。卷管工藝比較成熟,制作過程中產(chǎn)品品質(zhì)容易把控,生產(chǎn)出來的管要比其他兩種強(qiáng)度,外觀亦可做出紋路效果。
傳統(tǒng)用于減重的材料多為鋁合金,在眾多金屬材料中,鋁的密度算是較輕的,約為2.7g/cm3,碳纖維材料顯著的優(yōu)點(diǎn)就是質(zhì)量輕,其密度僅有1.7g/cm3 ,相比較而言,碳纖維材料的減重性能更加突出。并且,碳纖維是一種纖維結(jié)構(gòu)材料,兼具紡織纖維的柔軟性,一體成型方便,可減少零配件的使用,簡化結(jié)構(gòu),從而減輕重量。在減重的同時(shí),碳纖維材料的力學(xué)性能也要優(yōu)于多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)材料,例如其抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到3000MPal以上,是鋼的數(shù)倍。
金屬材料都有一個(gè)特性,容易腐蝕,而鋁在空氣中能形成一層致密的氧化膜,阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生,而碳纖維本身是一種非金屬材料,電化學(xué)活性較低,在酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)腐蝕中不溶不脹,能夠適應(yīng)多種工作環(huán)境,延長無人機(jī)的使用壽命。