復(fù)合材料的案例
一文帶你了解復(fù)合材料：復(fù)合材料的種類、加工及應(yīng)用
什么是復(fù)合材料？
復(fù)合材料在某些應(yīng)用中是鋁、鈦和鋼的合適替代品，因?yàn)樗鼈冎亓枯p、性能好、低碳和低能耗。復(fù)合材料可分為紡織復(fù)合材料、綠色復(fù)合材料、生物復(fù)合材料和混合復(fù)合材料。在所有類型的復(fù)合材料中，綠色復(fù)合材料因其環(huán)境友好性、可持續(xù)性和在不同環(huán)境中可完全生物降解，不留下任何有毒殘留物而吸引了相當(dāng)大的興趣。此外，監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)規(guī)定了嚴(yán)格的指導(dǎo)方針和立法，以停止生產(chǎn)對(duì)環(huán)境有害的材料。在復(fù)合材料行業(yè)中，有幾個(gè)全球參與者使用不同的加工技術(shù)進(jìn)行運(yùn)作。這些主要參與者正在與研究人員合作，尋找新的方法來提高材料的質(zhì)量和生產(chǎn)能力，同時(shí)降低產(chǎn)品的價(jià)格。復(fù)合材料的市場(chǎng)正在迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)從2017年到2025年將增長(zhǎng)10%。復(fù)合材料市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者是美洲、亞太、歐洲、中東和非洲。
聚合物復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、建筑和包裝等領(lǐng)域;他們的市場(chǎng)正在迅速增長(zhǎng)。人造纖維如玻璃纖維和碳纖維已被用作增強(qiáng)材料，以提高聚合物復(fù)合材料的性能。然而，結(jié)合一種或兩種纖維增強(qiáng)聚合物的復(fù)合材料，也稱為“混合復(fù)合材料”。
復(fù)合材料分類:
一般來說，復(fù)合材料有四種類型：
——紡織復(fù)合材料
——生物復(fù)合材料
——綠色復(fù)合材料
——混合復(fù)合材料
1. 紡織復(fù)合材料:
紡織復(fù)合材料（又稱之為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）由于其獨(dú)特的性能，在過去的幾十年里得到了廣泛的應(yīng)用。高分子復(fù)合材料中各種類型的增強(qiáng)材料都是紡織材料，特別是用纖維增強(qiáng)體增強(qiáng)高分子復(fù)合材料。自復(fù)合材料問世以來，人們就一直在探索纖維增強(qiáng)材料。這些增強(qiáng)纖維包括纖維（短纖維和長(zhǎng)纖維）、紗線和織物。
展開 主動(dòng)變形智能復(fù)合材料設(shè)計(jì)與變形模擬報(bào)告
主動(dòng)變形智能復(fù)合材料
設(shè)計(jì)與變形模擬報(bào)告
主動(dòng)變形智能復(fù)合材料
設(shè)計(jì)與變形模擬報(bào)告 ￥19.89
在通電條件下，MFC發(fā)生電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料發(fā)生變形。主動(dòng)變形智能復(fù)合材料的變形能力與MFC的性能、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的厚度、鋪層方向等因素有關(guān)。復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)是其結(jié)構(gòu)包括鋪層的可設(shè)計(jì)性，因此，需進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)及變形模擬方面的工作，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。
二、研究?jī)?nèi)容
本項(xiàng)目以復(fù)合材料層合板+MFC復(fù)合后的材料為研究對(duì)象，以復(fù)合材料層合板的力學(xué)性能、MFC的基本性能為輸入，以復(fù)合材料層合板+MFC復(fù)合后的材料最大彎曲角度為2°為目標(biāo)，進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)和變形仿真模擬。建立厚度、鋪層方式與變形角度的關(guān)系，篩選出優(yōu)化的鋪層和厚度，為下一步進(jìn)行縮比典型試驗(yàn)件的設(shè)計(jì)和研制提供理論指導(dǎo)。
展開 Abaqus在飛機(jī)復(fù)合材料中的應(yīng)用 附abaqus官方復(fù)合材料教材下載
復(fù)合材料的應(yīng)用
復(fù)合材料有許多特性：
? 制造工藝簡(jiǎn)單
? 比強(qiáng)度高，比剛度大
? 具有靈活的可設(shè)計(jì)性
? 耐腐蝕，對(duì)疲勞不敏感
? 熱穩(wěn)定性能、高溫性能好
由于復(fù)合材料的上述優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域，都有廣泛的應(yīng)用。在下一代飛機(jī)設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料的大量應(yīng)用對(duì)分析技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)。例如在某客機(jī)各種材料的使用狀況，其中復(fù)合材料的比例約為50%。
借助于多層殼、實(shí)體殼及實(shí)體單元可以建立復(fù)雜的復(fù)合材料模型，這些單元允許疊加各向同性或各向異性材料層，材料方向允許變化。Abaqus提供的失效準(zhǔn)則有最大應(yīng)變失效準(zhǔn)則、最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則和Tsai—Wu失效準(zhǔn)則等，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準(zhǔn)則。Abaqus的復(fù)合材料功能特別適合于大量應(yīng)用復(fù)合材料的新型飛行器。
Abaqus/CAE中復(fù)合材料的建模技術(shù)
在Abaqus/CAE中，有專門的復(fù)合材料設(shè)計(jì)模塊plyup。應(yīng)用該模塊可對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)。對(duì)于每一個(gè)鋪層，可以選擇鋪層應(yīng)用的區(qū)域、使用的材料、鋪層的鋪設(shè)角度、厚度等。對(duì)于鋪層較多的結(jié)構(gòu)件，Abaqus/CAE提供了很方便的檢查手段，可顯示鋪層沿厚度方向?qū)⒚恳粚臃蛛x展示，一目了然，這也是數(shù)字化設(shè)計(jì)的一大優(yōu)點(diǎn)。
后處理模塊中，可以顯示每一個(gè)鋪層厚度方向上的應(yīng)力、位移、損傷云圖，也可以顯示復(fù)合材料厚度方向上變量的變化曲線。
復(fù)合材料建模模塊（CMA）
通常情況下，在進(jìn)行仿真分析中，復(fù)合材料鋪層都是按照理想設(shè)計(jì)進(jìn)行分析的。而在復(fù)合材料實(shí)際的加工制造過程中，纖維鋪層不可避免地會(huì)發(fā)生折疊、交錯(cuò)，因此纖維的方向以及鋪層的厚度都會(huì)發(fā)生變化。如果再按照理想設(shè)計(jì)的復(fù)合材料鋪層去進(jìn)行分析計(jì)算，就得不到真實(shí)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。
展開 復(fù)合材料力學(xué)介紹—— 基本概念和分類 附復(fù)合材料力學(xué)文檔下載
引言
復(fù)合材料的定義有多種，大體而言，指的是兩種或多種不同性質(zhì)的材料用物理和化學(xué)方法在宏觀尺度上組成具有新性能的材料。
本系列大體上參考《復(fù)合材料力學(xué)》，沈觀林等著，清華大學(xué)出版社。
文章盡量少地牽涉數(shù)學(xué)公式，以概念和觀點(diǎn)為主，并在最后增加了一些案例，說明復(fù)合材料力學(xué)是如何進(jìn)行分析的。
本人在復(fù)合材料力學(xué)分析的水平和經(jīng)驗(yàn)水平有限，希望大家能一起學(xué)習(xí)討論。
基本概念
復(fù)合材料這個(gè)概念并不新鮮，人類很早就開始使用復(fù)合材料，如古代使用的土坯磚就是由黏土和稻草（或麥稈）組成；此外，我們熟知的鋼筋混凝土、膠合板等，都是復(fù)合材料。
復(fù)合材料從應(yīng)用的角度大致可以分為2類：
功能復(fù)合材料，如導(dǎo)電、耐高溫?zé)g、磨阻等；
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，作為一種結(jié)構(gòu)件，具有高比強(qiáng)度或比剛度，我們這個(gè)系列主要討論的就是這類復(fù)合材料。
基本分類
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料由基體材料和增強(qiáng)材料兩部分組成：
基體材料，主要起到連接、固定、傳遞、保護(hù)等作用，通常由樹脂、金屬和非金屬；
增強(qiáng)材料，核心作用，提供材料的剛度和強(qiáng)度。
復(fù)合材料相比金屬材料，復(fù)雜得多，具有很多特點(diǎn)，并且可設(shè)計(jì)。
展開 
全球復(fù)合材料供需基本平衡 航空航天領(lǐng)域成碳纖維復(fù)合材料最大應(yīng)用市場(chǎng)
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料制品行業(yè)的上游主要為玻璃纖維、樹脂等行業(yè)，下游主要為風(fēng)電、汽車、工程機(jī)械、游艇等行業(yè)。目前，全球復(fù)合材料市場(chǎng)價(jià)值及產(chǎn)量近年來穩(wěn)步上升。
復(fù)合材料行業(yè)生產(chǎn)能力不斷提升
在亞太地區(qū)復(fù)合材料需求刺激下，全球加快了復(fù)合材料產(chǎn)能規(guī)劃，復(fù)合材料的生產(chǎn)能力不斷提高，從推動(dòng)了行業(yè)產(chǎn)量的不斷增長(zhǎng)。2017年全球復(fù)合材料產(chǎn)值約為867億美元，同比去年增長(zhǎng)5.73%。
分地區(qū)來看，2017年，北美地區(qū)復(fù)合材料產(chǎn)值占全球產(chǎn)值的30%；中國(guó)大陸占比25%；歐洲占比20%。北美地區(qū)復(fù)合材料產(chǎn)品主要應(yīng)用于航空航天和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，附加值較高，市場(chǎng)規(guī)模大，相對(duì)而言，雖然中國(guó)大陸地區(qū)復(fù)合材料產(chǎn)量高，但產(chǎn)值較低，應(yīng)用領(lǐng)域較低端，未來發(fā)展需要產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。
全球復(fù)合材料需求情況
近年來，在全球經(jīng)濟(jì)環(huán)境不景氣等大環(huán)境影響下，全球復(fù)合材料市場(chǎng)結(jié)構(gòu)正在逐步發(fā)生變化，美、日、歐等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)復(fù)合材料市場(chǎng)相對(duì)飽和，增速較為緩慢。亞太亞太地區(qū)由于長(zhǎng)期以來人均復(fù)合材料消費(fèi)水平，市場(chǎng)需求空間大，增速較快。從而總體促進(jìn)了復(fù)合材料行業(yè)穩(wěn)定增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，2017年全球復(fù)合材料市場(chǎng)達(dá)到304億美元左右，復(fù)合材料終端產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模則達(dá)到了864億美元左右，其中高性能復(fù)合材料終端產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模約為250億美元。
全球復(fù)合材料需求結(jié)構(gòu)
從全球范圍來看，目前全球復(fù)合材料主要為玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料，二者合計(jì)占整個(gè)復(fù)合材料市場(chǎng)規(guī)模的90%以上。因此下面主要從玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料下游的需求結(jié)構(gòu)。
展開 第三屆熱塑性復(fù)合材料國(guó)際研討會(huì)-江蘇君華特塑攜連續(xù)CF/PEEK熱塑性復(fù)合材料參加
第三屆熱塑性復(fù)合材料國(guó)際研討會(huì)
江蘇君華特塑攜連續(xù)CF/PEEK熱塑性復(fù)合材料參加
2021年11月25上午，第三屆熱塑性復(fù)合材料國(guó)際研討會(huì)在上海拉開帷幕，以“高性能熱塑性復(fù)合材料助力中國(guó)大飛機(jī)輕盈翱翔”為會(huì)議主題。來自國(guó)內(nèi)外行業(yè)企事業(yè)單位、大學(xué)及科研院所的代表200余人參加會(huì)議，其中171位代表來到與會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。
研討會(huì)由中國(guó)商飛、中航復(fù)合材料有限責(zé)任公司、四川大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中航工業(yè)五家單位共同主辦，由國(guó)際先進(jìn)材料與制造工程學(xué)會(huì)（SAMPE）北京分會(huì)承辦。
01、CFRTP研討會(huì)
▲ 開幕式主持人：肖輝江主任，中國(guó)商飛
中國(guó)商飛肖會(huì)江主任發(fā)表開幕式祝詞。肖主任表示，熱塑性復(fù)合材料已成功應(yīng)用于A380、A350等飛機(jī)的機(jī)翼前緣、機(jī)身連接角片等結(jié)構(gòu)，近年來逐漸向主承力、大部件等結(jié)構(gòu)驗(yàn)證快速發(fā)展，熱塑性復(fù)合材料、設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)的突破也日新月異，應(yīng)用前景廣闊。
▲ 楊洋研究員，中國(guó)商飛，熱塑性復(fù)合材料制造工藝及應(yīng)用
肖主任指出：“熱塑性復(fù)合材料是一個(gè)涉及到專用樹脂、專用纖維、專用裝備、預(yù)浸料制備、復(fù)材成型、制件連接、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、壽命預(yù)測(cè)以及部件回收的一個(gè)巨大產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)，任何的單點(diǎn)突破都不足以推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的前進(jìn)。因此，只有產(chǎn)業(yè)鏈上下游單位攜手，共同努力，產(chǎn)學(xué)研共同融合，才能實(shí)現(xiàn)我國(guó)高性能熱塑性復(fù)合材料的整體發(fā)展，助力中國(guó)大飛機(jī)輕盈翱翔。”
中國(guó)商飛劉傳軍博士、中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所周光遠(yuǎn)博士、GKN航空FOKKER航空結(jié)構(gòu)公司民用航空機(jī)身全球研發(fā)主任安特·奧弗瑞葛博士做特邀報(bào)告。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
1 引言
貫穿碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究最引人注目的是其沖擊損傷問題，無論是相關(guān)的材料（包括纖維和樹脂）研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)還是工藝制造和維護(hù)問題，碳纖維復(fù)合材料一進(jìn)入解決輕量化需求的高端應(yīng)用，遇到的技術(shù)關(guān)鍵就是沖擊損傷，本文試圖還原復(fù)合材料沖擊損傷問題的來龍去脈。
回顧碳纖維應(yīng)用的發(fā)展史，大家都知道英國(guó)羅羅公司是第一個(gè)試圖把碳纖維用于高端應(yīng)用——在1967年開始研制飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣風(fēng)扇葉片的吃螃蟹者，當(dāng)然失敗的原因很多，但很重要的一個(gè)原因是復(fù)合材料葉片沒有通過外來物沖擊的考驗(yàn)，致使英國(guó)在碳纖維復(fù)合材料發(fā)展中失去了先機(jī)，退出了領(lǐng)先的地位。1970年代初國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)，民用飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)輕量化被提上了日程，碳纖維作為首選再一次受到了關(guān)注。為解決新材料應(yīng)用中首先遇到的信心（安全性）問題，波音公司研制了100多付擾流板在波音707上試用，1975年經(jīng)試用考核后，對(duì)這些擾流板進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料部件出現(xiàn)了金屬結(jié)構(gòu)沒有遇到的新問題——濕熱引起的材料性能下降和沖擊損傷（擾流板是薄蒙皮夾層結(jié)構(gòu)）。自此復(fù)合材料沖擊損傷就成了復(fù)合材料技術(shù)中的核心問題之一。
2 復(fù)合材料沖擊損傷研究歷程
2.1 壓縮下沖擊強(qiáng)度研究和應(yīng)用
由于最初沖擊損傷問題是由擾流板這類薄蒙皮夾層結(jié)構(gòu)引起的，當(dāng)時(shí)關(guān)注的外來物主要是地面和空中飛行時(shí)的冰雹和跑道碎石，都是在結(jié)構(gòu)受載時(shí)受到的外來物沖擊，因此美國(guó)NASA在1970年代和1980年代初期主要研究壓縮下沖擊強(qiáng)度，采用的設(shè)備是由壓縮空氣系統(tǒng)裝置對(duì)受壓縮載荷的復(fù)合材料試樣射出鋁丸（模擬密度相近的跑道碎石和冰雹），變量是鋁丸的速度（有壓縮空氣壓力控制）和復(fù)合材料試樣的壓縮應(yīng)變（由壓縮載荷控制），試驗(yàn)結(jié)果是沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線。
展開 IACMI復(fù)合材料研究所宣布啟動(dòng)熱塑性復(fù)合材料研究項(xiàng)目
IACMI，與杜邦高性能材料，F(xiàn)ibrtec公司和合作伙伴美國(guó)普渡大學(xué)宣布在降低生產(chǎn)成本的推出有兩個(gè)重點(diǎn)選擇的第一個(gè)項(xiàng)目和增加了對(duì)汽車復(fù)合材料的設(shè)計(jì)靈活性。在這兩個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步可以開拓新的機(jī)會(huì)，并成為復(fù)合材料部件的大規(guī)模部署的推動(dòng)者。
多重因素，包括成本和設(shè)計(jì)約束，在大批量汽車應(yīng)用中采用復(fù)合材料存在障礙。這個(gè)新IACMI項(xiàng)目將通過一個(gè)完全不同的方法來制造碳纖維復(fù)合材料與今天那些目前正在使用的同時(shí)滿足這些關(guān)鍵領(lǐng)域。這項(xiàng)工作將建立在差異化技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)。通過Fibrtec制造柔性涂覆纖維束將形成用快速形成織物（RFF）技術(shù)與專有聚酰胺樹脂既由DuPont沿柔性 織物預(yù)浸料。最終成分將受益于絲束制造工序的增加生產(chǎn)速度和導(dǎo)致制造費(fèi)用較低的織物形成過程。用這種方法制成的復(fù)合材料部件已示出當(dāng)由傳統(tǒng)技術(shù)合并到具有低空隙和良好的機(jī)械性能。柔性織物預(yù)浸漬體也已顯示出具有在成型實(shí)驗(yàn)良好懸垂行為。在研究者普渡大學(xué)復(fù)合材料制造與仿真中心將與團(tuán)隊(duì)一起建模和驗(yàn)證懸垂性和部件性能。
高循環(huán)時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)連續(xù)碳纖維熱塑性復(fù)合材料的增加成本。使用新興浸漬和絲束涂層和織物形成的新方法的材料可望高容量的復(fù)合材料的顯著降低生產(chǎn)成本。“通過利用所有的項(xiàng)目合作伙伴的優(yōu)勢(shì)，我們要?jiǎng)?chuàng)造高容量，低成本熱塑性復(fù)合材料汽車零部件獨(dú)特的商業(yè)上可行的路徑的潛力，說：” 揚(yáng)Sawgle，杜邦高性能材料，項(xiàng)目經(jīng)理。
行業(yè)合作伙伴一直熱心參與項(xiàng)目建議利用IACMI資源和對(duì)高沖擊先進(jìn)復(fù)合材料部署成員協(xié)作。“通過與業(yè)界合作，以解決制造方面的挑戰(zhàn)，我們正在推進(jìn)清潔能源的創(chuàng)新，這將有助于推動(dòng)美國(guó)制造業(yè)和競(jìng)爭(zhēng)力，說：” 克雷格·藍(lán) IACMI，復(fù)合材料研究所首席執(zhí)行官。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
1 引言
貫穿碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料研究最引人注目的是其沖擊損傷問題，無論是相關(guān)的材料（包括纖維和樹脂）研究，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)還是工藝制造和維護(hù)問題，碳纖維復(fù)合材料一進(jìn)入解決輕量化需求的高端應(yīng)用，遇到的技術(shù)關(guān)鍵就是沖擊損傷，本文試圖還原復(fù)合材料沖擊損傷問題的來龍去脈。
回顧碳纖維應(yīng)用的發(fā)展史，大家都知道英國(guó)羅羅公司是第一個(gè)試圖把碳纖維用于高端應(yīng)用——在1967年開始研制飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣風(fēng)扇葉片的吃螃蟹者，當(dāng)然失敗的原因很多，但很重要的一個(gè)原因是復(fù)合材料葉片沒有通過外來物沖擊的考驗(yàn)，致使英國(guó)在碳纖維復(fù)合材料發(fā)展中失去了先機(jī)，退出了領(lǐng)先的地位。1970年代初國(guó)際石油危機(jī)爆發(fā)，民用飛機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)輕量化被提上了日程，碳纖維作為首選再一次受到了關(guān)注。為解決新材料應(yīng)用中首先遇到的信心（安全性）問題，波音公司研制了100多付擾流板在波音707上試用，1975年經(jīng)試用考核后，對(duì)這些擾流板進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)碳纖維復(fù)合材料部件出現(xiàn)了金屬結(jié)構(gòu)沒有遇到的新問題——濕熱引起的材料性能下降和沖擊損傷（擾流板是薄蒙皮夾層結(jié)構(gòu)）。自此復(fù)合材料沖擊損傷就成了復(fù)合材料技術(shù)中的核心問題之一。
2 復(fù)合材料沖擊損傷研究歷程
2.1 壓縮下沖擊強(qiáng)度研究和應(yīng)用
由于最初沖擊損傷問題是由擾流板這類薄蒙皮夾層結(jié)構(gòu)引起的，當(dāng)時(shí)關(guān)注的外來物主要是地面和空中飛行時(shí)的冰雹和跑道碎石，都是在結(jié)構(gòu)受載時(shí)受到的外來物沖擊，因此美國(guó)NASA在1970年代和1980年代初期主要研究壓縮下沖擊強(qiáng)度，采用的設(shè)備是由壓縮裝置對(duì)受壓縮載荷的復(fù)合材料試樣射出鋁丸（模擬密度相近的跑道碎石和冰雹），變量是鋁丸的速度（有壓縮空氣壓力控制）和復(fù)合材料試樣的壓縮應(yīng)變（由壓縮載荷控制），試驗(yàn)結(jié)果是沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線。
展開 軍用戰(zhàn)斗機(jī)中碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用及材料選擇標(biāo)準(zhǔn)（一）：應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)
近年來，工業(yè)界對(duì)輕質(zhì)材料的需求大幅增長(zhǎng)。如今，民機(jī)中復(fù)合材料的使用量已經(jīng)達(dá)到了50%以上，同時(shí)還提供了許多優(yōu)點(diǎn)，例如高比強(qiáng)度和高比剛度，優(yōu)異的疲勞性能和耐腐蝕性等等。通常，碳纖維復(fù)合材料輕量化結(jié)構(gòu)提供了增強(qiáng)的有效載荷、改進(jìn)的靈活性、短距起飛、遠(yuǎn)程任務(wù)和高機(jī)動(dòng)能力。
當(dāng)我們縱觀復(fù)合材料航空發(fā)展史，復(fù)合材料是在20世紀(jì)60年代首次應(yīng)用于軍用飛機(jī)，后來在20世紀(jì)70年代擴(kuò)展到民用飛機(jī)領(lǐng)域。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，與等效的鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相比，可以實(shí)現(xiàn)15-20%的重量節(jié)省。因此，在某些情況下，結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用導(dǎo)致零件成本顯著增加。碳纖維熱固性復(fù)合材料材料的應(yīng)用越來越多，從次級(jí)結(jié)構(gòu)、控制面開始，到后來的機(jī)翼和主機(jī)身結(jié)構(gòu)，這已經(jīng)證明幾乎所有的結(jié)構(gòu)型飛機(jī)部件都可以用這些材料制造，并且可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效益。
現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)是由薄層預(yù)浸漬纖維堆疊成層壓板構(gòu)成。薄層中的纖維通常是單向（UD）碳纖維或預(yù)浸有聚合物樹脂的機(jī)織織物。機(jī)織物和UD帶都用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的制造業(yè)。由于自動(dòng)化的機(jī)會(huì)和成本，通常選擇UD預(yù)浸料。自動(dòng)化膠帶鋪設(shè)（ATL）和先進(jìn)纖維鋪設(shè)（AFP）等方法通常用于生產(chǎn)高成本零部件。
商用飛機(jī)用UD預(yù)浸料的纖維體積含量一般控制為55–57%。當(dāng)在高溫和壓力下固化時(shí)，它們會(huì)形成高剛度、輕量化的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件。對(duì)于航空結(jié)構(gòu)部件，與其他復(fù)合材料技術(shù)相比，碳纖維預(yù)浸料可提供最高的比剛度和比強(qiáng)度。例如，硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料被用于美國(guó)F-14和F-15戰(zhàn)斗機(jī)的尾翼蒙皮，但制造時(shí)使用的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)重量百分比很小，F(xiàn)-15中復(fù)合材料用量?jī)H為2%。隨后，復(fù)合材料應(yīng)用比例逐漸提高，從F-18的19%上升到F-22的24%。
碳纖維材料也用于歐洲臺(tái)風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)。如下圖1所示，機(jī)翼蒙皮、前機(jī)身、襟翼和方向舵都使用了復(fù)合材料，增韌環(huán)氧表層約占外表面的75%。
展開 美國(guó)宇航局先進(jìn)復(fù)合材料技術(shù)之3D打印碳纖維復(fù)合材料
技術(shù)概述
美國(guó)宇航局格倫研究中心（NASA Glenn Research Center）的創(chuàng)新者與路易斯維爾大學(xué)和美國(guó)空軍合作，開發(fā)了一種增材制造技術(shù)，使用熱固性聚酰亞胺樹脂生產(chǎn)具有高溫性能的復(fù)合材料零件。
該工藝使用選擇性激光燒結(jié)（SLS）來熔融加工NASA新型RTM370酰亞胺樹脂的粉末狀產(chǎn)品，該樹脂填充有精細(xì)研磨的碳纖維。隨后可以對(duì)所得復(fù)合材料零件進(jìn)行后固化，為高溫航空航天應(yīng)用做準(zhǔn)備，從而提供可承受300°C以上溫度的3D打印復(fù)合材料零件。
這是增材制造聚合物技術(shù)的重大進(jìn)步，通過提供一種需要相對(duì)較低熔融溫度的SLS工藝，創(chuàng)建得到具有高溫能力的復(fù)合材料，從而能夠?qū)哂袕?fù)雜幾何形狀的零件進(jìn)行3D打印，以實(shí)現(xiàn)高性能應(yīng)用。
? 3D科學(xué)谷白皮書
技術(shù)特征
NASA的這項(xiàng)技術(shù)是首個(gè)成功實(shí)現(xiàn)高溫碳纖維填充熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料的3D打印技術(shù)。對(duì)碳纖維填充的RTM370進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)后進(jìn)行后固化，以實(shí)現(xiàn)更高的溫度性能，從而獲得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為370℃的復(fù)合材料部件。
▲NASA 通過SLS 工藝3D打印的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料，打印完成后需進(jìn)行后固化。
SLS工藝通常使用熱塑性聚合物粉末，所得零件的有效溫度范圍為150-185°C，但與傳統(tǒng)加工材料相比，通常較弱。最近，高溫?zé)崴苄运芰弦呀?jīng)通過高溫SLS工藝制造成3D零件，需要380°C的熔化溫度，但這些部件的可用溫度范圍仍低于200°C。
NASA的熱固性聚酰亞胺復(fù)合材料在150-240°C之間可熔融加工，允許使用常規(guī)SLS 3D打印設(shè)備。隨后，使用多步驟循環(huán)對(duì)所得零件進(jìn)行后固化，將材料緩慢加熱至略低于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，同時(shí)避免在過程中發(fā)生尺寸變化。
展開 
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示。礦業(yè)和技術(shù)學(xué)院（美國(guó)南達(dá)科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學(xué)生在材料和工藝工程促進(jìn)協(xié)會(huì) （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學(xué)生橋比賽中獲得第二名通過設(shè)計(jì)一個(gè)重量?jī)H為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業(yè)學(xué)生使用由Mines復(fù)合材料和納米復(fù)合材料先進(jìn)制造中心（CNAM）以及復(fù)合材料和聚合物工程（CAPE）實(shí)驗(yàn)室的研究人員團(tuán)隊(duì)發(fā)明的專有復(fù)合材料板材設(shè)計(jì)橋梁設(shè)計(jì)。 通過將稱為不連續(xù)纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨(dú)特CNAM材料以適當(dāng)?shù)暮穸缺日澈系捷p質(zhì)蜂窩芯的頂部和底部，學(xué)生們能夠設(shè)計(jì)層壓夾層結(jié)構(gòu)的性能以滿足負(fù)載要求競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，同時(shí)保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實(shí)現(xiàn)均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長(zhǎng)度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實(shí)現(xiàn)高性能。
“CNAM并沒有開發(fā)出超級(jí)材料; 我們開發(fā)了一種低成本，高性能，環(huán)保的復(fù)合材料，可以經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統(tǒng)的高成本碳纖維復(fù)合材料競(jìng)爭(zhēng)非常有利，“團(tuán)隊(duì)顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實(shí)驗(yàn)室主任。
橋梁團(tuán)隊(duì)包括Matthew Phillips，數(shù)學(xué)和機(jī)械工程高級(jí); 施密德，博士 納米科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學(xué)計(jì)劃的學(xué)生，也獲得了2018年SAMPE國(guó)際大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)獎(jiǎng)。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發(fā)的內(nèi)部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業(yè)應(yīng)用，從體育用品到汽車再到飛機(jī)，因?yàn)樗圃靾?jiān)固，重量輕，價(jià)格低廉?！?/span>
展開 SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示
SD Mines的復(fù)合材料在復(fù)合材料比賽中展示。礦業(yè)和技術(shù)學(xué)院（美國(guó)南達(dá)科他州拉皮德市）于8月14日宣布，學(xué)生在材料和工藝工程促進(jìn)協(xié)會(huì) （SAMPE，Diamond Bar，CA，US）2018年學(xué)生橋比賽中獲得第二名通過設(shè)計(jì)一個(gè)重量?jī)H為12.5盎司的橋梁，可承載2,000磅的載荷。
礦業(yè)學(xué)生使用由Mines復(fù)合材料和納米復(fù)合材料先進(jìn)制造中心（CNAM）以及復(fù)合材料和聚合物工程（CAPE）實(shí)驗(yàn)室的研究人員團(tuán)隊(duì)發(fā)明的專有復(fù)合材料板材設(shè)計(jì)橋梁設(shè)計(jì)。 通過將稱為不連續(xù)纖維熱塑性薄板（DiFTS）的獨(dú)特CNAM材料以適當(dāng)?shù)暮穸缺日澈系捷p質(zhì)蜂窩芯的頂部和底部，學(xué)生們能夠設(shè)計(jì)層壓夾層結(jié)構(gòu)的性能以滿足負(fù)載要求競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，同時(shí)保持較低的整體密度。 DiFTS材料采用嵌入熱塑性基體中的短碳纖維，可實(shí)現(xiàn)均勻的纖維分布，顯著的纖維排列，有效的纖維長(zhǎng)度保持和徹底的纖維封裝，從而使用低成本工藝實(shí)現(xiàn)高性能。
“CNAM并沒有開發(fā)出超級(jí)材料; 我們開發(fā)了一種低成本，高性能，環(huán)保的復(fù)合材料，可以經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，滿足苛刻的承重要求，并且與傳統(tǒng)的高成本碳纖維復(fù)合材料競(jìng)爭(zhēng)非常有利，“團(tuán)隊(duì)顧問David教授說。 Salem，博士，CNAM中心和CAPE實(shí)驗(yàn)室主任。
橋梁團(tuán)隊(duì)包括Matthew Phillips，數(shù)學(xué)和機(jī)械工程高級(jí); 施密德，博士 納米科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生; 和Krishnan Veluswamy，博士 材料工程和科學(xué)計(jì)劃的學(xué)生，也獲得了2018年SAMPE國(guó)際大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)獎(jiǎng)。 “令人興奮的是，這座橋是由礦山開發(fā)的內(nèi)部材料制成的，”Veluswamy說。 “這種材料具有全面的工業(yè)應(yīng)用，從體育用品到汽車再到飛機(jī)，因?yàn)樗圃靾?jiān)固，重量輕，價(jià)格低廉?！?/span>
展開 船用復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展
本文對(duì)船用復(fù)合材料進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)船用復(fù)合材料的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程及應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上對(duì)船用復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析和展望。
1 復(fù)合材料的定義
復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組合而成的一種多相固體材料。雖然復(fù)合材料各組分材料仍保持其相對(duì)獨(dú)立性，但復(fù)合材料的性能卻并非組分材料性能的簡(jiǎn)單加和，而是表現(xiàn)出遠(yuǎn)優(yōu)于兩者的性能。通常在復(fù)合材料中有一相為連續(xù)相，稱為基體，用以粘結(jié)、固定、維持增強(qiáng)材料成一定形狀；另一相為分散相，稱為增強(qiáng)相或增強(qiáng)體，增強(qiáng)材料在復(fù)合材料中不構(gòu)成連續(xù)相，它在基體支持下提供強(qiáng)度和剛度。分散相是以獨(dú)立的形態(tài)分布在整個(gè)連續(xù)相中的，可以是增強(qiáng)纖維，也可以是顆粒狀彌散的物料。不同增強(qiáng)材料的形態(tài)如圖1所示。
復(fù)合材料的分類方法很多，最基本的按照基體材料類型可以分為：聚合物基復(fù)合材料，其基體為有機(jī)聚合物高分子；金屬基復(fù)合材料，其基體為金屬，如鋁基復(fù)合材料、鐵基復(fù)合材料等；無機(jī)非金屬基復(fù)合材料，其基體為陶瓷材料（也包括玻璃和水泥等）。
2 船用復(fù)合材料分類
目前，船用復(fù)合材料，尤其是應(yīng)用于船體結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，以聚合物基復(fù)合材料為主，按結(jié)構(gòu)可分為層合板（纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）和夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料兩大類型，其中包含三個(gè)方面的重要復(fù)合物：增強(qiáng)材料、樹脂（即基體）和芯層材料。船用復(fù)合材料按照承載部位不同可分為：主承力結(jié)構(gòu)、次承力結(jié)構(gòu)、非承力結(jié)構(gòu)等。
展開 abaqus復(fù)合材料應(yīng)用
復(fù)合材料是一種具有優(yōu)異性能的材料，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、船舶、體育器材等領(lǐng)域。在復(fù)合材料的力學(xué)行為研究中，有限元分析技術(shù)是一種重要的手段。ABAQUS作為現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的有限元仿真模擬軟件，優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS被各國(guó)的工業(yè)和科學(xué)研究中廣泛采用。通過合理的建模和分析，可以更好地理解復(fù)合材料的力學(xué)行為，為復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。有限元仿真的基礎(chǔ)是模型的建立，根據(jù)許多學(xué)生反應(yīng)，復(fù)合材料進(jìn)行建模是一個(gè)痛難點(diǎn)。
復(fù)合材料的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
復(fù)合材料優(yōu)化蜂窩復(fù)合材料復(fù)合材料成型復(fù)合材料板增強(qiáng)復(fù)合材料納米復(fù)合材料 復(fù)合材料材料綜合金屬材料高分子材料高分子材料成型 復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)復(fù)合材料復(fù)復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)復(fù)合材料復(fù)合材料力學(xué)復(fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合材料復(fù)合材料溫度云圖復(fù)合材料溫度云圖復(fù)合材料復(fù)合材料仿復(fù)合材料hypermesh復(fù)合材料復(fù)合材料hype復(fù)合材料溫度云圖復(fù)合材料復(fù)合材料仿真結(jié)果
