碳纤维预浸料的铺层设计有什么意义?
预浸料的铺层设计主要是为了满足碳纤维复合材料板材对拉伸力、剪切力和强度方面的需求,主要包括铺层方向和铺层顺序。
铺层方向包括0°、45°、90°、-45°这几种,铺层顺序在实际操作中,需要根据所承担载荷的类型来选择角度取向,即为了最大程度的利用纤维在轴向上的高性能。
铺层方向包括0°、45°、90°、-45°这几种,铺层顺序在实际操作中,需要根据所承担载荷的类型来选择角度取向,即为了最大程度的利用纤维在轴向上的高性能。
纤维铺设方向要根据载荷的主方向设定,在点应力状态,角度为0°的铺层对应正应力,角度为±45°的铺层对应剪应力,角度为90°的铺层是用来保证在复合材料制件的径向上有足够的正压力,若复合材料板材承受的载荷以拉压载荷为主,那么铺层方向应该选择拉压载荷的方向;若复合材料制件承受的载荷以剪切载荷为主,那么铺层之中要以+45°和-45°成对铺设为主;若复合材料制件所承受的载荷情况复杂,同时包括多种载荷,那么铺层设计时以0°、±45°、90°多方向混合铺设。
在具体铺设时,一般复合材料制件的铺层均采取对称均衡铺设。对称均衡铺设的特点就是在整体的铺层之中,上下铺层关于中间面对称,如果需要设计成非对称均衡铺层,应将这类非均衡或是非对称的铺层布置于靠近整体铺层中间的位置,这种方式能有效避免复合材料制件经历拉-弯耦合、拉-剪耦合之后发生翘曲形变。
铺层顺序的不同不仅影响基体裂纹的起始载荷、扩展速率、断裂韧性,也将对基体裂纹的饱和和裂纹密度产生显著的影响。例如,对正交层板而言,在相同的外加载荷作用下断裂韧性与裂纹扩展速率存在对应关系。但是,对于不同铺层顺序的优劣,不能一概而论,应根据不同的使用要求,充分发挥复合材料性能的可设计性优势。
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