復合殼體的案例
簡單的二維破片侵徹復合殼體
二維
計算效率比三維快了很多倍。結果數據差別不大
Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
SMC工藝介紹及挑戰
SMC（Sheet Molding Compound的縮寫，即片狀模塑料）是一種復合材料制造工藝。該工藝可以有效地代替金屬，實現車輛輕量化目標。該工藝不僅能夠顯著降低車身重量，而且設計靈活，操作簡單、易于實現自動化、可成型表面光滑結構復雜的制品等。近年來可以看到越來越多的電車企業，選擇SMC作為制備電池殼體的首選工藝。其成型方法是將纖維短切，鋪設在樹脂和添加劑混合所形成的樹脂漿料上，之后在表面進行樹脂疊加，三者通過加壓固化的方式改變材料厚度，最后包裝。
在得到SMC工藝制備的片狀卷材后，會對材料進行進一步加工，通常稱為CF-SMC模壓成型工藝，將連續碳纖維和短切纖維通過不同形式的混雜加工從而制備成形狀較為復雜、有較高尺寸精度要求的復合材料零部件，這里連續纖維作為增強體彌補了短切纖維的力學短板，達到了局部補強的目的。可以看出該種方式通過控制纖維長短，鋪設方向，可以進一步設計復合材料的力學性能，在力學性能的可控性和可設計性要比單層SMC片材大。該工藝適用于大批量、重復性高、結構復雜的汽車半結構件生產。在不犧牲力學性能、表面質量的情況下進一步減輕重量。
該制造工藝的難點在于需要設計匹配的鋪層或者纖維的分布，用以配合不同結構件的力學或其他性能要求。這些挑戰要求在設計之初，不僅需要考慮純力學分析，還要考慮制造工藝過程中所引入的材料各向異性。由于有意識的設計纖維分布的不均勻，導致在宏觀表征上，結構件的各向異性明顯。通過計算機仿真分析可以快速方便地研究不同設計得到的車身結構的力學性能，進而幫助企業快速確定工藝參數，減少了實際測試和調整的時間和次數，進而降低生產成本，提高研發和生產效率。
展開 設計仿真 | Digimat在電池殼體SMC復合材料成型工藝中的應用
SMC在電車電池殼體中的力學分析結構
#03「 應用價值 」
利用Digimat與工藝軟件、有限元仿真分析軟件的聯合仿真，實現了含有各向異性纖維的復合材料車身結構件的仿真分析。從材料微觀結構，制造工藝，結構件仿真全方面精確模擬不同條件下SMC車身結構件的力學性能，幫助企業優化工藝，節省材料損失，縮短研發時間，達到降本增效的目的。
『分享』碳纖維復合材料火箭發動機殼體用韌性環氧樹脂基體
本文旨在開發一種應用于固體火箭發動機殼體濕法纏繞成型的碳纖維專用韌性環氧樹脂基體，通過理論分析和大量的實驗研究，得到以下結論：
中國推力最大的先進固體發動機在陜試車成功
記者獲悉，該發動機是航天科技四院瞄準未來商業航天發射市場需求，研發的一型目前國內裝藥量最多、推力最大的高性能纖維纏繞復合材料殼體整體式固體發動機。該發動機直徑為2.65米，裝藥量為71噸，推力達到200噸。該發動機采用多項新技術，綜合性能達到世界一流水平，可為我國新一代固體運載火箭研制提供更強勁、性價比更高的先進動力，有力地增強了固體運載火箭在商業航天發射市場的競爭力。
早在2009年，航天科技四院就在國內率先成功研制了當時推力最大的整體式發動機，發動機為金屬殼體，直徑為2米，裝藥量為35噸，推力達120噸。它的研制成功直接推動了我國長征系列運載火箭中第一型全固體運載火箭長征十一號（以下簡稱CZ-11）的立項研制，成為我國航天固體動力向宇航運載領域拓展的重要里程碑。
為進一步提升固體運載火箭的運載能力和市場競爭力，航天科技四院在CZ-11運載火箭基礎上，自主開展了直徑更大、推力更強、應用領域更廣的大型纖維纏繞復合材料整體式固體發動機的預先研究。研制團隊不畏艱難、勇于開拓，相繼突破了超大尺寸復合材料殼體發動機的多項關鍵技術。本次試車的成果，可應用于未來CZ-11固體運載火箭的改進型。
與CZ-11火箭相比，改進型火箭的一級發動機可由直徑2米提升到2.65米，推力可由120噸提升到200噸，裝藥量可由35噸提升到71噸，發動機的殼體可由原先的鋼殼體發展為高性能纖維纏繞復合材料殼體，發動機綜合性能更為先進。
展開 200噸大推力整體式先進固體火箭發動機試車成功
與CZ-11火箭相比，改進型火箭的一級發動機可由直徑2米提升到2.65米，推力可由120噸提升到200噸，裝藥量可由35噸提升到71噸，發動機的殼體可由原先的鋼殼體發展為高性能纖維纏繞復合材料殼體，發動機綜合性能更為先進，可實現我國固體火箭運載能力的大幅提升，預計火箭700公里太陽同步軌道的運載能力可從400公斤左右提升到1.5噸左右。特別是由于集成了原有發動機的優勢和近年來先進發動機的研制經驗，在商業航天的大背景下，發動機的成本得到了更好的控制，相對于其他運載工具，具有更高的綜合性價比優勢。
來源：航天四院
200噸級碳纖維火箭發動機研制成功,未來國產導彈更輕,射程更遠
國產JL-2導彈，海外資料認為它采用的是有機纖維殼體
在國產200噸推力固體火箭發動機采用多項先進技術這中有一項最為引人注目，那就是大直徑碳纖維纏繞復合材料殼體技術，這應該是中國第一次公開已經掌握大型固體火箭發動機碳纖維纏繞復合材料殼體技術，眾所周知，固體火箭發動機殼體也是導彈殼體，它的工作環境極為惡劣，包括發動機工作產生的高溫、高速飛行產生的氣流沖擊、溫度聚然變化、對方反導攔截武器攻擊等等，因此要求發動機殼體具備良好的耐高溫、耐腐蝕、強度高、抗沖擊等方面性能。
早期導彈發動機多采用金屬殼體，例如超高強度鋼、鈦合金等，但是金屬材料重量大，影響導彈射程和載荷，因此導彈發動機殼體發展趨勢就是采用高強度非金屬材料，起初主要采用玻璃纖維、芳綸、石墨等，在相同尺寸下，發動機殼體質量可以減少50%左右，戰略導彈投擲重量可以提高1倍以上，可以說效果非常明顯，不過這類材料在強度、剛度等方面還存在一定缺陷，因此上世紀80年代之后，碳纖維開始在固體發動機殼體上面得到運用。碳纖維與芳綸相比，剛度和強度可以提高80%和30%，殼體重量再一次下降30%，另外碳纖維殼體熱膨脹系數小，發動機工作期間尺寸穩定，可以提高發動機工作可靠性，碳纖維還具備一定雷達吸波能力，可以提高導彈隱身性能，有助于增強導彈突防能力。
三叉戟-2導彈采用碳纖維殼體，作戰能力得到有力增強
法國M51導彈正在生產，可以看到它的殼體也是由碳纖維纏繞而成
正是因為碳纖維纏繞殼體具備以上優點 ，所以現代導彈都傾向采用這種技術，上世紀80年代美國研制三叉戟-2（UGM-133A）潛射彈道導彈就采用這個技術，導彈性能迅速提高，至今還是美國主力潛射彈道導彈，法國M-51潛射彈道導彈也采用了碳纖維殼體，從而在導彈增加威力的情況射程突破1萬公里，成為法國新世紀戰略威懾力量的基石。
展開 中國火箭發動機采用碳纖維外殼 助洲際導彈射程更遠
國產JL-2導彈，海外資料認為它采用的是有機纖維殼體
在國產200噸推力固體火箭發動機采用多項先進技術這中有一項最為引人注目，那就是大直徑碳纖維纏繞復合材料殼體技術，這應該是中國第一次公開已經掌握大型固體火箭發動機碳纖維纏繞復合材料殼體技術，眾所周知，固體火箭發動機殼體也是導彈殼體，它的工作環境極為惡劣，包括發動機工作產生的高溫、高速飛行產生的氣流沖擊、溫度聚然變化、對方反導攔截武器攻擊等等，因此要求發動機殼體具備良好的耐高溫、耐腐蝕、強度高、抗沖擊等方面性能。
早期導彈發動機多采用金屬殼體，例如超高強度鋼、鈦合金等，但是金屬材料重量大，影響導彈射程和載荷，因此導彈發動機殼體發展趨勢就是采用高強度非金屬材料，起初主要采用玻璃纖維、芳綸、石墨等，在相同尺寸下，發動機殼體質量可以減少50%左右，戰略導彈投擲重量可以提高1倍以上，可以說效果非常明顯，不過這類材料在強度、剛度等方面還存在一定缺陷，因此上世紀80年代之后，碳纖維開始在固體發動機殼體上面得到運用。碳纖維與芳綸相比，剛度和強度可以提高80%和30%，殼體重量再一次下降30%，另外碳纖維殼體熱膨脹系數小，發動機工作期間尺寸穩定，可以提高發動機工作可靠性，碳纖維還具備一定雷達吸波能力，可以提高導彈隱身性能，有助于增強導彈突防能力。
展開 一體成型的碳纖維無人機殼有啥奧秘？
經測量，整個殼體重量比原鋁合金殼體降低了25％，機體的輕量化充分滿足了客戶對機體長航時的特殊需求；碳纖維增強復合材料所展現出的比鋁合金等金屬更高的強度能有效對抗強大的飛行阻力，使機身更加堅固結實，提升了整機的抗沖擊性能；在減少原金屬材料對遠程信號的干擾以及降震減噪方面也有明顯的改善。另一方面，整體化成型技術通過減少零件和緊固件數量也對降低機體重量有積極作用，在降低裝配成本和維護費用/節約成本和提高生產效率方面具有重要的意義。
一體化成型工藝存在的問題及對策：
一體化成型的碳纖維無人機殼體雖然具有種種優勢，但是對實際的成型工藝來說也是不小的挑戰。作為復合材料來說，用碳纖維復合材料制作無人機殼體時需要面對其不像金屬構件那樣容易得到精確的幾何或構型尺寸。無錫威盛新材料科技有限公司根據多年的碳纖維無人機零部件的制造經驗，對無人機殼體的一體化制作提出了適當分模、優化鋪層、嚴格把控溫度和壓力等建議，以解決碳纖維復合材料殼體制造中容易出現的主要問題。
首先是模具，整體成型中所需的模具比較復雜，成本較高，因此需注意分體模、整體模及模具定位組合的合理設計。與此同時，威盛新材的技術人員強調，碳纖維復合材料結構的整體化程度需要適度，否則容易增加制造過程中的質量風險，造成后期維修的困難，反而不利于成本的降低。
其次，威盛新材在對上述四軸無人機殼體鋪層設計中發現，整層設計的預浸料層在結構突變的位置無法展開，其中纖維角度的變化也比較大，偏離了設計之初的鋪層角度。簡言之，就是在制造可行性分析表明纖維變形在可接受范圍內才可以進行鋪層展開。因此，對碳纖維復合材料分層數模進行工藝分析時，需對不同位置作為其起鋪點的纖維角度變化進行分析，找出變形面積最小的鋪疊起始位置，再通過鋪層拼接及開剪口技術找到能滿足設計鋪層角度公差的最優化操作方案。
展開 『分享』MSC軟件在復合材料艙體開口補強研究中的應用
摘要：本文以航天領域中常用的復合材料開口艙體為研究對象，利用MSC/NASTRAN和MSC/PATRAN軟件，建立了復合材料殼體與加筋結構的耦合模型，有效模擬了開口補強部位復合材料、金屬結構與加強筋的協同作用，并給出了相應的分析結果。
碳纖維復合材料讓飛機更輕盈
在這款最新一代的大型飛機上，復合材料使用比例有望超過50%。同樣，在去年5月5日首飛的C919大客機上，使用的復合材料占到飛機結構重量的12%。這里的復合材料，主要就是碳纖維復合材料。
據航空專家介紹，為提高飛機的先進性、環保性，碳纖維復合材料目前是飛機輕量化的主要手段，也是未來的主流趨勢。由于具有輕質量、高強度、抗疲勞、耐腐蝕、成型工藝性良好、成本低等特點，碳纖維復合材料在航空裝備上的大量應用可有效提高性能、減輕結構重量、降低運營成本、增強市場競爭力，因此在飛機結構中的應用越來越多。
“碳纖維復合材料在飛機上的用量和應用部位已成為衡量飛機結構先進性的重要指標，也是航空公司購買飛機時的重要參考指標。大力發展航空復合材料技術已經成為國內外航空制造企業的共識。”新材料企業康得集團負責人鐘玉認為。
除了航空領域，不少固體運載火箭的復合材料殼體，也都是用碳纖維纏繞而成，高端跑車上，碳纖維更是一種主要的先進材料。專家介紹說，碳纖維是一種含碳量90%以上的無機高分子特種纖維，同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維具有比重小、強度高、模量大、耐高溫、耐摩擦、耐腐蝕等優異性能和纖維的柔軟可加工性。和另外一種同為“碳系”的“神奇材料”石墨烯相比，碳纖維目前的商業用途更為明確。
鐘玉介紹說，作為在高端技術和工業領域重要的戰略物資之一，碳纖維的核心產業化技術及配套關鍵裝備只能通過自主研發和長期工程實踐取得。經過不懈努力，國內高性能碳纖維在基礎研究、工程化和產業化等方面突破重重困難，有了快速發展。
展開 
應用ANSYS ADPL語言建立波紋鋼梁模型
用APDL語言對其進行建模，得到模型見下圖所示：
上部局部模型見下圖：
2、單元劃分：
采用SHELL181單元進行網格劃分，該單元適合對薄殼體結構進行分析。它是一個4結點單元，每個結點具有6個自由度：x,y,z方向的位移自由度和繞X,Y,Z軸的轉動自由度。Shell181單元非常適用于分析線性的，大轉動變形和非線性的大形變。殼體厚度的變化是為了適應非線性分析。在該單元的應用范圍內，完全積分和降階積分都是適用的。SHELL181單元闡明了以下（荷載剛度）分布壓強的效果。 SHELL181單元可以應用在多層結構的材料，如復合層壓殼體或者夾層結構的建模。
3、載荷和邊界條件
對模型施加垂直向下的力F，對兩邊進行全約束，具體見下圖：
4、求解結果
通過靜力分析，得到模型在垂直載荷作用下的應力和變形，分別見下圖：
5、總結
本文主要對波紋腹板鋼梁進行建模，這里重點為波紋腹板的模型建立。采用APDL語言進行模型建立，展示了APDL語言的強大功能。
展開 我國纖維纏繞技術發展簡史分享
4.3 纖維纏繞制品方面
我國纖維纏繞制品品類豐富，應用廣泛，包括應用于航空航天及武器裝備高尖端領域的神舟飛船承力構件、衛星結構件、航空氣瓶、空間系統壓力容器、固體火箭發動機殼體、大型發射筒等高性能纖維纏繞制品；應用于國民經濟各工業領域的管、罐、壓力容器、氣瓶、傳動軸、輥筒等纏繞制品；應用于體育休閑領域的球拍、釣魚竿、樂器等制品。圖5是哈玻院研制的SPTM-14和EPKM-17近地點變軌固體火箭發動機復合材料殼體，同“長征二號”運載火箭配套成功用于發射“亞星二號”衛星和美國“艾克斯達”衛星，是我國第一個用于商業發射服務的大型固體火箭發動機玻璃鋼殼體。 圖6是用于嫦娥一號的定向天線復合材料伸展臂。圖7 是第一個國產纖維纏繞玻璃鋼錐環用于300兆瓦、600兆瓦汽輪發電機，替代進口，填補國內空白；圖8是國產纖維纏繞碳纖維復合材料輥在紡織機械上的應用。
4.4 纖維纏繞標準、專利方面
產品標準規范是產品的成熟的標志，同時產品標準化也促進了產品的更廣泛應用。截至目前，我國發布實施的纖維纏繞方法及產品國家標準、國軍標、行業標準及規范30余個，表1是部分纏繞制品現行標準規范。纏繞技術及相關產品獲專利授權約1000余項。其中復合材料管道工藝、制造、設備、設計等專利達到800余項。
5. 纖維纏繞技術及設備的未來發展趨勢
目前，我國纖維纏繞技術、裝備呈現以下發展趨勢：
（1） 纖維纏繞工藝復合化，纏繞工藝與拉擠、編織、RTM、鋪放、模壓等工藝相結合。 并開發出纏繞拉擠薄壁管、復合材料螺紋筋、柔性連續復合管道、復合材料板簧等產品。
（2） 纏繞機械高自動化，高集成化和高智能化；機器人用于纖維纏繞，具有自由度多、運動靈活、工藝范圍寬等優點，尤其適合纏繞小型復雜構件，包括軸不對稱和雙凹面部件。
（3） 新型固化技術及在線固化監測技術不斷應用。
展開 我國纖維纏繞技術發展簡史分享
4.3 纖維纏繞制品方面
我國纖維纏繞制品品類豐富，應用廣泛，包括應用于航空航天及武器裝備高尖端領域的神舟飛船承力構件、衛星結構件、航空氣瓶、空間系統壓力容器、固體火箭發動機殼體、大型發射筒等高性能纖維纏繞制品；應用于國民經濟各工業領域的管、罐、壓力容器、氣瓶、傳動軸、輥筒等纏繞制品；應用于體育休閑領域的球拍、釣魚竿、樂器等制品。圖5是哈玻院研制的SPTM-14和EPKM-17近地點變軌固體火箭發動機復合材料殼體，同“長征二號”運載火箭配套成功用于發射“亞星二號”衛星和美國“艾克斯達”衛星，是我國第一個用于商業發射服務的大型固體火箭發動機玻璃鋼殼體。 圖6是用于嫦娥一號的定向天線復合材料伸展臂。圖7 是第一個國產纖維纏繞玻璃鋼錐環用于300兆瓦、600兆瓦汽輪發電機，替代進口，填補國內空白；圖8是國產纖維纏繞碳纖維復合材料輥在紡織機械上的應用。
4.4 纖維纏繞標準、專利方面
產品標準規范是產品的成熟的標志，同時產品標準化也促進了產品的更廣泛應用。截至目前，我國發布實施的纖維纏繞方法及產品國家標準、國軍標、行業標準及規范30余個，表1是部分纏繞制品現行標準規范。纏繞技術及相關產品獲專利授權約1000余項。其中復合材料管道工藝、制造、設備、設計等專利達到800余項。
5. 纖維纏繞技術及設備的未來發展趨勢
目前，我國纖維纏繞技術、裝備呈現以下發展趨勢：
（1） 纖維纏繞工藝復合化，纏繞工藝與拉擠、編織、RTM、鋪放、模壓等工藝相結合。 并開發出纏繞拉擠薄壁管、復合材料螺紋筋、柔性連續復合管道、復合材料板簧等產品。
（2） 纏繞機械高自動化，高集成化和高智能化；機器人用于纖維纏繞，具有自由度多、運動靈活、工藝范圍寬等優點，尤其適合纏繞小型復雜構件，包括軸不對稱和雙凹面部件。
（3） 新型固化技術及在線固化監測技術不斷應用。
展開 【6/11更新】史上最大核潛艇，發射的導彈重90噸，一枚導彈就有五層樓高
臺風級核潛艇采用復合的雙殼體（多個獨立的承壓艙，并與導彈發射管分開）而非俄亥俄級的單殼體（單個承壓艙，上有大量大型開口以焊接導彈發射管），潛深近乎是后者的兩倍，抗打擊能力亦強于后者。
01
上世紀七八十年代，美蘇兩國正處于“冷戰”對決的巔峰時期。1966年，美國啟動了包括“水下遠程導彈系統”（三叉戟導彈）和“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇在內的新一代海基戰略系統。作為回應，蘇聯海軍也在1970年制定了與之類似的戰役戰術計劃，要求研制可搭載射程至少為9000千米潛射彈道導彈的下一代彈道導彈核潛艇。
1972年蘇聯國防部長烏斯季諾夫親自指示：開展941型戰略核潛艇的研制工作。當年12月，蘇聯海軍已初步確定了技戰術指標，“紅寶石設計局”正式開始設計這款名為“鯊魚”，北約代號“臺風”的核潛艇，曾參與過第一代到第三代核潛艇設計工作的科瓦廖夫被任命為總設計師。
1973年12月，蘇聯正式下達了建造“臺風”級的決議，潛艇的設計建造工作全面展開。對于“臺風”級而言，最大的問題就是如何裝上世界最大的潛射導彈——R-39（俄語：P-39）洲際導彈。這款導彈長度達到16米，大概有5層樓高，直徑2.4米，重量可以達到90噸，也是蘇聯第一款批量生產的“固體燃料”潛射導彈（最早的R-31型并未量產）。
▲Р-39型三級固體燃料潛射洲際彈道導彈
為了搭載這一型重達90噸的潛射固體燃料彈道導彈，蘇聯設計師創造性地打破了世界各國在彈道導彈核潛艇方面幾乎千篇一律的結構形式和總布置思想，別出心裁地將941型重型彈道導彈核潛艇的武器部分（導彈艙和魚雷艙）全部置于指揮臺圍殼之前，而圍殼之后則為動力部分。
展開 