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了解并及时掌握热塑性复合材料制造领域
激光辅助热塑性复合材料自动铺放(LATP-AFP)技术
传统复合材料将方向性视为待解决的难题,非传统复合材料却将其视为可挖掘的优势。这其中的差别,天壤之别。问题所在:传统复合材料即层压板层压结构仅用于板壳类构件。复合材料的层压板是由单向铺层按不同方向堆叠而成的结构。
例如之前写过的“黑色铝材”——准各向同性层压板,层压板的设计基于成熟的理论。但遇到真实结构——开孔、应力集中、复杂载荷——应力应变状态会变得复杂且不均匀。
均匀的层压结构无法充分反映非均匀的应力分布。这一点对金属同样成立,但金属对应力集中不那么敏感。而且金属没有办法局部改变或优化性能,复合材料有。所以,我们必须善用复合材料。
解决方案:非传统复合材料
有两种思路来处理非均匀应力分布:
1. 逐点改变材料属性,以匹配应力分布
2. 通过改变结构内部的应力传递路径,使应力分布均匀
第一种思路:纤维导向
第二种思路:点阵结构
传统思路:孔直接在层压板中切割出来,纤维在孔边突然中断。但真实结构中的应力矢量会沿着孔边界“绕流”——就像木材纹理绕过节孔那样,这就是纤维导向。在传统思路中,孔成了应力集中源。中断的纤维引发了额外的“边界效应”。解决办法?增加厚度,增加重量。
换个角度看这个结构:直接把孔从结构中排除掉,将整块壁板做成点阵结构。点阵结构的筋条之间天然就有开口,其中一个开口就可以用来安装窗户,并且让所有载荷绕过它。在这种情况下,在点阵结构上覆盖一层非承力蒙皮,以形成光滑气密的外表面。只要蒙皮不承力,开孔处就不会承受高应力。
为何这很重要:
非传统复合材料将材料的方向性用作一种优势。方向性是其特性,而非缺陷。它们更复杂,也缺乏深厚的理论知识和实用的设计工具。但它们能将复合材料的设计效率提升到另一个层次。在设计复杂复合材料结构时,你会采用哪种思路?