层合板设计

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1、层合板设计,复合材料结构设计,层合板设计复合材料结构设计,设计外载是已知的 在构造中改变材料和尺寸以支承给定载荷 分析是确定特定构造能承受的载荷 抵抗载荷的大小和方向性中的任何一个不超过设计能力，层合板设计到恰好满足特定需要,层合板设计复合材料结构设计,考虑的因素 刚度和强度特性取决于铺层 不均匀性和某种程度的不连续性 层间剪切模量较低，层间剪切和层间拉伸强度甚低 拉、压模量不同和拉、压强度不同 几何非线性和物理非线性,层合板设计,现将简单层板的刚度不变量的概念扩展到正交各向异性层合板,XY平面内的层合板刚度可以用通用的形式给出：,层合板刚度不变量概念,当所有正交各向异性层的材料都相同时，常数

2、U可以移到积分号外面,我们令：,层合板刚度不变量概念,层合板刚度不变量概念,层合板刚度不变量的特殊结果,研究几种特殊情况帮助理解V(A,B,D)的求和,奇函数（反对称）在对称于原点的区间内积分等于零 偶函数（对称）在对称于原点的区间内积分等于有限数,考察以下四种情况： 铺层角是z的奇函数 铺层角是z的偶函数 铺层角是z的随机函数 铺层角是/N的增量，N为总层数,层合板刚度不变量的特殊结果,1、铺层角是z的奇函数,-,+,z,下列积分项为奇函数,下列积分项为偶函数,下列和值为零：,下列刚度分量为零：,层合板刚度不变量的特殊结果,2、铺层角是z的偶函数,-,+,z,下列积分项为奇函数,下列积分项为

3、偶函数,下列和值为零：,下列刚度分量为零：,-,层合板刚度不变量的特殊结果,3、铺层角是z的随机函数,z,定义 为单独的Vi(A,B,D)的空间平均值,P为偶数,为零,层合板刚度不变量的特殊结果,4、铺层角是/N的情况,-/3,+/3,z,/4,-/4,z,/4,层合板刚度不变量的应用,U1和U5是层合板平均刚度的基本指标 对各向同性材料，它们是拉伸刚度和剪切刚度 建议正交各向异性不变量U1和U5依次称为各向同性刚度和各向同性剪切刚度 是复合材料层合板最小刚度能力的一个实际度量 可以与其他各向同性材料或正交各向异性材料进行比较 借助于各向同性刚度，可以完成层合板的优化或设计 层合板的某些性质是

4、随着铺层角的改变围绕各向同性刚度变化的,层合板的连接,复合材料本身有高的比刚度和比强度，但连接它们的普通材料却没有 层合板的全部强度与刚度往往不能由没有显著增强的连接来实现 复合材料对连接造成的缺陷非常敏感 连接或连接装置对复合材料的成功应用是关键的 连接的主要形式： 胶接 螺接 组合 共固化减少连接,层合板设计复合材料结构设计,安全系数 安全系数表示结构可能受到的最大载荷与构件所能发挥的最小强度的比值 是一个设计系数 保证设计的结构有一定的剩余强度 安全系数的选取 载荷是根据实际工程需要确定的，载荷计算越准确，载荷分散性越小，就有理由选取较小的安全系数 复合材料强度方面的特点是性能数据分散性

5、较大，损伤形式多：有基体开裂、界面脱胶、分层和纤维断裂等等，同时各种损伤形式的出现与施加外力密切相关,层合板设计复合材料结构设计,计算模型与实际结构的符合程度及计算方法的准确性 简化的合理程度 有限元程序的适用性 可靠性试验数量的多少及是否有类似结构的承载能力试验 安全系数的确定 传统的安全系数 可靠性安全系数 安全系数的取值范围 1.5-2.0 1.4-1.5,层合板设计复合材料结构设计,复合材料结构设计 结构破坏（或结构失效）或广义强度： 刚度破坏（稳定性、位移等） 强度破坏许用值 疲劳破坏 许用值基准 A基准值：95%置信度，99%的可靠性概率确定的性能值不进行试验的结构 B基准值：95

6、%置信度，90%的可靠性概率确定的性能值复合材料结构设计多采用,层合板设计复合材料结构设计,结构设计原则 明确设计条件，确定设计情况，根据载荷情况选取设计载荷、设计温度。根据可靠性要求选取安全系数 结构形式选定，根据载荷大小、开口大小、经济性及可靠性要求，选定合理、可行的结构形式 材料设计：根据设计载荷、设计温度、经济性及成型工艺等选定较理想的纤维及树脂,层合板设计复合材料结构设计,铺层设计：是复合材料设计特有的重要内容，其目的是充分利用铺层的正交各向异性和结构的层合特性，通过优化设计，选取最佳的铺层角、铺层百分比和铺层顺序，以得到满足性能要求的最轻结构 考虑与复合材料相接触的金属零件的电偶腐

7、蚀问题 电磁效应考虑 热载荷问题 共固化工艺，扩大整体件 连接和开口部位的补强,层合板设计复合材料结构设计,铺层设计：选取最佳的铺层角、铺层百分比和铺层顺序 除特殊要求外，结构尽可能采用均衡对称铺层，以避免耦合引起的翘曲 铺层的纤维轴向应尽可能与内力的拉、压方向一致，最大限度地利用纤维轴向具有高强度和刚度的特性 由0、90、45铺层组成的结构，任意铺层角的铺层，其最小铺层百分比应大于或等于6%10%,层合板设计复合材料结构设计,对于以局部失稳为设计情况的构件，应该把45铺层尽可能铺到远离结构中性层的位置上，即两侧表面 连接区的铺层设计应使与钉载方向成45的铺层百分比大于或等于40%，与钉载方向

8、一致的铺层百分比大于25%，其目的是保证连接处有足够的剪豁强度和挤压强度，同时亦有利于载荷扩散和改善应力集中 对于承受集中冲击部位，应进行局部加强,层合板设计复合材料结构设计,在梁、桁、框及筋条的突缘部位，应布置较大比例的0铺层及一定数量的15铺层以提高轴向强度和刚度，但突缘存在局部失稳时，也需铺设一定数量的45层 在结构开口区，应使相邻层的夹角最小，以此提高层间强度 在结构变厚度区，铺层数递增或递减形成台阶，要求每一层台阶宽度等于或大于2.5mm，并在表面铺设连续覆盖层以防剥离,层合板设计复合材料结构设计,同一铺层角的铺层不宜过多集中在一起，超过4层易出现分层 无纬布厚度一般应为0.125mm，以便增加铺层层数，提高层间剪切强度，更利于铺层的优化设计，对承载能力要求低的结构可使用0.15或0.18mm的无纬布,