复合材料铺层设计(总9页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company Onel-CAL -本页仅作为文档封面，使用请直接删除复合材料铺层设计复合材料制件最基本的单元是铺层铺层是复合材料制件中的一层单向带或织 物形成的复合材料单向层由两层或多层同种或不同种材料铺层层合压制而成 的复合材料板材称为层合板复合材料层压结构件的基本单元正是这种按各种 不同铺层设计要素组成的层合板本章主要介绍由高性能连续纤维与树脂基体材料构成的层合结构和夹层结构设 计的基本原理和方法，也介绍复合材料结构在导弹结构中的应用一、层合板及其表示方法(1)铺层及其方向的表示铺层是有方向性的铺层的方向用纤维的铺向角(铺层角)0表示所谓铺向 角(铺层角)(2)层合板的表示方法表10・1. 1层合扳的表示法层合檯翹區]示表亦袪说明V层合板0~45~90[45/90/-45/0]備层方向用铺向角表那，按由下向上的顺 序写出，铺向角间用“旳不全部铺层用 %厂括±舸称层 合板偶数层0冗9匸10[0/90]£只写出制称中面下的一料甫层，右括爭卜 加写下标性3表示对称奇数层[45/0/90]s在餉中面的^层上方加顶标表示具有连续重 复铺层的层 合板[45/0,]连续重复层的层数用下磯字示出具有彥续正 负铺展的展-~-0[020仕已鋼连续正负铺层用呛"或S "表示」上面 的符号表示前一个铺层，下面的符号表示 后―冷噩由塞个孑层 誠构融 层合扳-特 ~45~ ~45~ ~45~[45/-45]2 或 [±45]2在层合檯內—T斟丈重复的实向卡匪型含 叫子层含板.孑层含板的重复数用下融 字示出纽物铺层层K+45)/(0?90^织物用肆号"C严M艮经纬纤舫向表 示 > 径向歼维花前 > 纬向歼维花后辭歼维层1c/45e/o|纤潮种类用英文孚母下标出：c表示碳 纤龜R表示芳纶纤维，G表示瞬纤维， B祠W维0 % 045面檯铺层的表示同前，匚代表夹芯』苴 下画長于夹芯莓度，单位为毫米二、单层复合材料的力学性能单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。
由于单层很薄，一般仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态单层在材料主轴坐标系中通常是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变 务、 只与该点处的正应力 6、G2有关，而与剪应力t12无关；同时，该点处剪应 变Y]^^仅与剪应力t12有关，而与正应力无关材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量E1和E2、主泊松比v〔2、纵横 剪切弹性模量G12，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度X1、X2， 横向拉伸与压缩强度Y】、丫2,纵横剪切强度S共五个强度参数这9个工程 常数是通过单向层合板的单轴试验确定的通常情况下，单层力学性能有明显 的方向性，与增强纤维的方向密切相关，即E1>>E2，x〉〉y；而且拉伸与压 缩强度不相等，即x1^x2，y1#y2；纵横剪切性能与拉伸、压缩性能无关，即 S与X、丫无关由于单层复合材料是复合材料的基础，故往往用它的性能来说明复合材料的性 能但应当指出：单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能一般 说，实际使用的层合复合材料性能要低于单向复合材料的纵向性能复合材料 的性能与材料中含有的纤维数量有很大的关系，所以在规定性能数据时，一般 还应给定材料所含的纤维量，通常用纤维所占的体积百分比V来表示。
V称为 纤维体积分数或纤维体积含量，其值通常控制在60%左右三、复合材料结构的制造与成形工艺（1 ）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围—-热压聒扳屯——n啞錢祓总—歼姑疑住站川力迪成吃（因翅41）-—秋抄曲昭—聊足预攪庭总 丿—绘圧戒怡L逊缁底齡L纤推在除帛试 —纤址白冊盜放世-I- HI-' 1―拄妬戍附匸方迭KL'MtF^转轿朋形｝注人型咸碓件—旣进网RTW方迭*钙脂转柱或昭禅黯厚匿方向-RFLCM貓艇揣没法）（液悴碇施）X向）谖逊敌战走仲 Serin口 也囹g 1角 脚脂基旻台利科羚利砂幣丄己万法好裘丁闔万薜名称特点适用范围热压彌成亦热魄標供均匀的高媪厦.高压力场；制件嚴星高： i旦诰备梟豈、耗方钛大尺寸旦翹茴聂 皮壁滾高性^构件宜空袋成形真空压打①IMP a朋橋度塚设鲁简単 投资澳 易操住1.5rnn以下板件和捱 禽件压力袋成形同其空笹彬 压力號压力O-SOO.SITPa低压成烹换、勢件软模成形谱我瞩腿膨帐或擦礎花气加压,要去複具冈暧足 据大，并能加执并固优整佈成形件模压成形压验低、模悶谍;尺寸有限卓且设计难，制件 強度鬲尺寸藉确叶片等沪菽壳件軒维凰渍并连续缠绕在模眞上；再经固优咸我筒乘«自动铺帮法歼畀蒂「甌血亦宽｝砂辰潢后自动卡聽模具上』 #Wf>压灾』再蛊固化成我凸扌觀両雪件扌雇 生产纤^自动多轴丝束或程带］300mm宽）厨责后且动卡施模1叵上，并切断-压实,再经■同电成老凹凸模型Wffltt 屋生产拉挤成电纤维溝责后直灘过模具快速團化成形；症粽 快速、高效生产型材、规贝IJ板篆预成我件丿 脚1肖转耀戒托 （丽方法）物脂花而內压才下注射到预頼件內后再固忧或刑-W 5fe桓旦幌宜,冈1暄足皑-井古鉴妄制射脂就向和注射入 口与冒口 ；制件重复性好尺寸将度詠Z可性^高复杂高性胃訥卅树脂鹿晴區法树脂匪熔化后沿駆方向谨删豌件’再固化成熬 霹用单面模旦准牌z向性^董 重复性好，尺寸藉亘衆高性电喲件恼品固化诋温（so-cklT 1曲压〔貝空虽力3固胭脂空系复 含加的成琢工艺"目前构件性能与普逋強树脂构 件相当小扌糧生产的构件电子来固 化碗利用电刊健器产主的高能电子衷弓1发衲脂固化；空 l®ifec
RTM的 成形工艺首先用编织、缝纫或胶粘等方法将增强纤维或织物按结构设计要求制 成预成形件，将其置于四周严格密封的模具中，尔后注入树脂树脂在模腔内 流动并浸渍预成形件，随着树脂固化，制成复合材料结构树脂的引入可以通 过树脂注射法、树脂反应性注射法、弥撒树脂粉末法成堆件♦ 树弗班脫布基砒板边繚密対S10.1.S 工艺示囹(3)复合材料结构件的机械加工成形脱模的复合材料结构件，因为工艺与装配的原因需要在零件上开口或进行边缘切割与修磨，因此对其进行切割加工是不可避免的成形复合材料结构切割加 工时，所有的切割边缘都应完整光滑，以避免边缘分层而引发结构提前破坏为防止总体变形，必要时应将零件固定在型架上进行切割切割与修磨过程 中，应及时清除切屑粉尘，以防止零件划伤，降低污染，所有切割、修磨暴露 的表面都必须用相应树脂或漆料、密封剂等封口复合材料构件的切割加工有 砂轮片切割、超声波切割、高压水切割、激光切割等方法，每种方法均有其优 缺点，应根据设计要求、现有条件限制和成本要求，选择合适的加工方法四、复合材料结构的质量控制制造过程的质量控制可分为工序的质量管理和成品的质量管理，前者是复合材 料结构制造质量咼低的关键。
工序的质量管理包括厂房等环境管理、人员及作业管理和成形过程管理等环 节复合材料厂房分一般工作场地和超净工作间，它们各有相应的环境指标要 求一般工作场地是辅助工序、固化和机械加工工序的实现场所，超净工作间 是预浸料制备、下料、铺层、胶接等操作场所一般工作场地与超净工作间相 通之处应有过渡间，整个生产过程在同一厂房内连续进行人员素质、设备状 态与管理水准是高质量生产的三要素人员培训、技术档案、检测制度和工艺 质量流程卡(工序质量控制)构成了质量科学管理方法的主要内容10复合材料成形是质量控制过程中的重要环节，是确保制件质量满足设计要求， 达到规定目标的关键成形工艺过程是由每道工序组成的，因此，工序操作管 理是成形工艺质量保证的基础对于常规零件和构件其作业流程大致为：预酬模具維备卜f裁萤f铺叠f封装+预压实f固化f机撼加工十检测f装配-►成品 輛助材料/除了工序质量管理和成品质量管理外，采用先进的生产工艺，增加生产的自动 化程度，是质量控制的又一项重要措施例如，采用TRM成形工艺、电子束 固化技术、自动下料技术、自动铺丝束带技术等五、复合材料结构设计的一般要求与设计步骤（1）复合材料结构设计的一般要求复合材料导弹结构的设计要求与金属结构的基本相同。
鉴于复合材料自身的特 点，进行复合材料结构设计时，还应考虑以下几项要求① 复合材料结构按许用应变设计结构时，采用使用载荷设计、设计载荷校核 的原则不论采用何种方法设计，要注意复合材料在性能、失效模式、耐久 性、制造工艺、质量控制等方面与金属材料有较大差异，应保证结构在使用载 荷下有足够的强度和刚度，在设计载荷下，剩余强度系数应大于1② 在确定复合材料结构设计许用值时，必须考虑环境对材料性能的影响环 境因素包括温度、湿度、紫外线辐射、冰雹和外来物的冲击、雷电、风沙、腐 蚀介质等，其中最主要的因素是温度、湿度以及在生产和使用中可能出现的最 大不可见冲击损伤③ 复合材料结构的安全水平，不能低于同类金属结构④ 复合材料结构中，应特别注意防止与金属零件接触时的电偶腐蚀⑤ 由于复合材料的导电性能远不如金属材料高，对复合材料飞行器结构必须 进行防雷击、防静电和电磁兼容设计与试验验证导弹的头部以及翼面结构的 尖端和前缘等部位易受雷击，应进行防雷击设计与验证对复合材料弹翼与电 子设备舱必须进行防静电起火和防电磁屏蔽的防护设计和验证试验⑥ 应尽量将复合材料结构设计成整体件，并采用共固化或二次固化、二次胶 接技术，以利减重和提高产品质量，但应注意共固化引起的结构畸变和胶接质 量问题。
除了以上的要求外，复合材料飞行器结构设计在静强度设计、耐久性设计和结 构工艺性等方面还有一些不同于金属结构的特殊要求，设计时均应考虑2）复合材料结构设计的步骤综合设计思想在复合材料结构设计中的体现非常突出一般情况下，金属结构 设计是根据手册提供的性能数据，选择所需材料的牌号和规格，然后进行具体 的。