復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的案例
波音先進(jìn)復(fù)合材料飛機(jī)螺栓型緊固件簡介
在以前的飛機(jī)上，大多數(shù)應(yīng)用于商用飛機(jī)的復(fù)合材料作用于次要結(jié)構(gòu)，一般用松配合孔安裝在金屬結(jié)構(gòu)上，其性能不足以承受重大軸向載荷。對于這些結(jié)構(gòu)，由于其典型的薄片外形應(yīng)用而不能依靠緊固件傳遞載荷。
隨著先進(jìn)復(fù)合材料作為主要結(jié)構(gòu)件在現(xiàn)代飛機(jī)尾翼和地板梁上的使用，新型飛機(jī)上更多復(fù)合材料接頭需要用機(jī)械性緊固件來承受更大的載荷，同時(shí)，機(jī)械固定的復(fù)合接頭承受的飛機(jī)內(nèi)載荷變的越來越多。這樣，就給了螺栓型緊固件更多的用武之地。下文就先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)所使用的幾種典型螺栓型緊固件做一個(gè)大概的介紹。
鎖螺栓：
鎖螺栓鎖緊銷柱上有凹槽被切斷到桿上面或者包裹在桿上面.鎖螺帽沒有凹槽但是當(dāng)被用力旋到銷柱上時(shí)，銷柱的一部分就會在裝配中脫落，控制安裝時(shí)的力量（扭矩），安裝鎖螺栓時(shí)需要特殊工具。在復(fù)合材料上用的鎖螺栓由特殊的防護(hù)材料。為防止腐蝕，鎖螺帽不用鋁合金制作，為減少接觸應(yīng)力，有一個(gè)法蘭安裝在復(fù)合材料上。其銷柱上安裝時(shí)脫落的部分也是為了考慮減少接觸應(yīng)力而做的設(shè)計(jì)。鎖螺栓的安裝快速又方便，但是需要開闊的接近部件的空間，當(dāng)接近困難時(shí)，需要用其它形式的緊固件。
HI-LOK螺栓：
HI-LOK螺栓有線狀螺紋。它的鎖螺帽也有線狀螺紋。安裝壓力受控于鎖螺帽的凹槽，這部分在安裝過程中會被螺桿鎖定機(jī)構(gòu)剪切掉。在復(fù)合材料的應(yīng)用中，它和鎖螺栓相似有防護(hù)，，鎖螺帽不用鋁合金制作，為減少接觸應(yīng)力，有一個(gè)法蘭安裝在復(fù)合材料上。特定的動力工具需要在HI-LOK螺栓安裝中用到，六角鍵和標(biāo)準(zhǔn)的扳手也可以用來手工安裝。
Eddie 螺栓：
Eddie 螺栓的螺柱上也由線狀螺紋。其螺栓一部分的螺紋被機(jī)加工形成3個(gè)凹槽。當(dāng)鎖螺帽安裝時(shí)鎖螺帽上的圓形突出部分旋進(jìn)凹槽中，旋轉(zhuǎn)模提供了機(jī)械鎖緊，并控制了鎖螺帽的扭矩。
展開 比鋼強(qiáng)10倍，比鋁高8倍|可用于航空航天結(jié)構(gòu)件的3D打印連續(xù)纖維復(fù)合材料
碳纖維復(fù)合材料是一種輕質(zhì)、高強(qiáng)度的工程材料，其強(qiáng)度比鋼鐵高10倍，比鋁高8倍，而重量只是這些材料的一小部分。近些年來，碳纖維復(fù)合材料生產(chǎn)過程中的數(shù)字化，從設(shè)計(jì)到制造過程控制，從自我修正到監(jiān)控智能復(fù)合結(jié)構(gòu)的運(yùn)行性能日益得到關(guān)注。自感應(yīng)（self-sensing）是材料感知自身狀況的能力。將材料本身用作傳感器，可以在不植入或不附加傳感器系統(tǒng)的情況下，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行監(jiān)測。這樣，不僅成本更低，耐用性更高，感測體積更大，而且力學(xué)性能損失更小。
由連續(xù)碳纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料是已知的具有自感應(yīng)能力的材料，比如，它可基于連續(xù)纖維電阻的可測量變化，對纖維纏繞的缸體中存在的損傷進(jìn)行自感應(yīng)監(jiān)測。其應(yīng)用潛力還包括對飛機(jī)或橋梁等建筑中關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行監(jiān)控。有研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)將連續(xù)纖維增強(qiáng)熱塑性塑料的自感應(yīng)能力與增材制造結(jié)合在一起，以生產(chǎn)自感應(yīng)部件。
連續(xù)纖維3D打印智能感知復(fù)合結(jié)構(gòu)
從傳統(tǒng)材料角度看，這種具備自感知能力的復(fù)合材料在制造過程將涉及多個(gè)階段，需要更復(fù)雜的操作和專用技術(shù)制造完成。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識共享系列之二復(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。
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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 
中空結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料部件已經(jīng)可以做出來了
如何用工業(yè)化的方法生產(chǎn)中空結(jié)構(gòu)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件？康隆（Cannon）Afros提供了一種有效的解決方案。
康隆（Cannon）Afros公司開發(fā)了一項(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)內(nèi)部預(yù)置了金屬嵌件的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）中空結(jié)構(gòu)部件。這項(xiàng)技術(shù)采用了高壓注入樹脂工藝，在適當(dāng)?shù)木酆蠝囟认拢ㄟ^有差別的加壓，使用一種高阻的低熔點(diǎn)可導(dǎo)出金屬芯材來進(jìn)行生產(chǎn)。
鳳凰高活性環(huán)氧樹脂https://m.hongyantu.com/goodlist/sz/48351.html
總體而言，不規(guī)則形狀的或內(nèi)部放置了嵌入件的中空結(jié)構(gòu)的HP-RTM（高壓樹脂傳遞模塑成型）復(fù)合材料部件，其外面可以是一層碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP），內(nèi)部則是一個(gè)可導(dǎo)出的金屬芯材。這項(xiàng)技術(shù)的專利還在申請之中，與此同時(shí)，已經(jīng)可以以此進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)了。
中空結(jié)構(gòu)的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）部件可以用于很多領(lǐng)域，像機(jī)械手的運(yùn)動部件、傳動機(jī)構(gòu)、形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)件、非圓柱形的罐體以及液體和壓縮氣體的儲罐等
歷史的發(fā)展
近年來，碳纖維復(fù)合材料的浸潤工藝發(fā)展很快，這是因?yàn)閷汃R公司需要以一種高效且重復(fù)性好的方式生產(chǎn)數(shù)以萬計(jì)的復(fù)合材料部件，并以此制造出非常輕的電動汽車，以滿足大城市的人們乘車出行的需要。寶馬公司及其復(fù)合材料部件供應(yīng)商因此投入巨額資金，開發(fā)高壓樹脂傳遞模塑成型（HP-RTM）工藝。
這項(xiàng)工藝是用高壓將樹脂注入模具內(nèi)，來對纖維進(jìn)行浸潤。
可快速固化成型的聚氨酯或環(huán)氧樹脂原料，先經(jīng)過精確計(jì)量，再通過一個(gè)裝在模具上的混合頭進(jìn)行高壓混合。
如此，模具的型腔即是模塑成型部件的外形。所以，通常是生產(chǎn)有一定形狀的三維片狀結(jié)構(gòu)的部件，而不是那種類似中空結(jié)構(gòu)的部件，因?yàn)槿绻共考庑乌呄蛑锌盏男螤睿w維很容易產(chǎn)生皺褶。
展開 Abaqus復(fù)合材料螺栓連接件拉伸 ￥89
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Abaqus復(fù)合材料螺栓連接件拉伸
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層間插入Cohesive層模擬分層
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復(fù)合材料采用Puck VUMAT子程序，內(nèi)附有cae，inp，puck子程序，ODB等文件
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展開 眾泰汽車輕量化技術(shù)取得新突破
相對于傳統(tǒng)鋼制件，碳纖維復(fù)合材料頂蓋前頂梁減重約50%，強(qiáng)度提升173%；碳纖維復(fù)合材料門檻邊梁外板減重約40%，強(qiáng)度提升高達(dá)227%。
技術(shù)推進(jìn)：攻克多項(xiàng)車身輕量化核心技術(shù)
在技術(shù)層面，眾泰汽車基于“材料-性能-工藝”一體化的多零件集成設(shè)計(jì)方法，研發(fā)出既能夠滿足零件結(jié)構(gòu)性能，還能發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)和鋪層方案，并通過自主研發(fā)的新型連接技術(shù)，解決了碳纖維復(fù)合材料混合車身中異種材料連接帶來的電化學(xué)腐蝕問題，以及因熱膨脹系數(shù)不同在溫度變化時(shí)易失效等關(guān)鍵問題。眾泰汽車在“碳纖維/鋼”、“碳纖維/鋁”等異種材料連接技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)突破。例如，專利技術(shù)“超差孔膠鉚結(jié)構(gòu)”，即在連接處的碳纖維復(fù)合材料零件上開設(shè)超差孔用于補(bǔ)償由于熱膨脹系數(shù)不同引起的位置公差，該結(jié)構(gòu)有效解決了碳纖維復(fù)合材料混合車身在線電泳涂裝易開裂的問題，實(shí)現(xiàn)了碳纖維復(fù)合材料混合車身混合車身在線電泳涂裝；采用專利連接技術(shù)新型襯套混合連接結(jié)構(gòu)防止異種材料間的電化學(xué)腐蝕，并在車身性能試驗(yàn)中經(jīng)過驗(yàn)證非常有效。
眾泰汽車設(shè)計(jì)研發(fā)了可以批量生產(chǎn)的模壓碳纖維復(fù)合材料混合車身零部件結(jié)構(gòu)，基于復(fù)合材料的性能特征及成型特點(diǎn)，結(jié)合零部件本身的工況要求和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料混合車身的性能優(yōu)勢，又能充分滿足性能要求，實(shí)現(xiàn)減重的同時(shí)性能也得到提升。除此之外，眾泰汽車在混合車身上還自主開發(fā)了具有梯度緩沖吸能結(jié)構(gòu)的鋁合金前后縱梁以及一體成型鋁合金減震塔等大型輕量化結(jié)構(gòu)件。
未來，眾泰汽車的車身覆蓋件制造將以鋁合金和碳纖維復(fù)合材料混合車身復(fù)合材料為重點(diǎn)，逐步掌握輕量化材料制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2020年鋁合金整車質(zhì)量占比15%以上，車身減重20%，輕量化系數(shù)達(dá)到2.8以下；2025年碳纖維復(fù)合材料混合車身復(fù)合材料在車上使用量達(dá)到2%以上，車身重量降低30%的發(fā)展目標(biāo)。
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可贈送收集的纖維復(fù)合材料相關(guān)學(xué)習(xí)資料，特別適合初學(xué)者！
中厚板結(jié)構(gòu)件復(fù)合精沖成形技術(shù)及應(yīng)用
在精沖力、壓邊力和反頂力的共同作用下，變形區(qū)材料在三向靜水壓應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生純剪切塑性變形。通過一次精沖成形即可獲得尺寸精度達(dá)到IT6～8級、斷面呈全光亮帶的精沖件。當(dāng)精沖與冷鍛、擠壓、壓扁、沉孔等體積成形工藝和拉深、彎曲等沖壓成形工藝相結(jié)合得到復(fù)合精沖成形工藝時(shí)，能將普通的平面內(nèi)沖壓成形提升到三維空間成形，實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜形狀、高精度中厚板結(jié)構(gòu)件的高效凈成形。
復(fù)合精沖由于其優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)材等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、高鐵、裝甲車、航空航天、核電、化工等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如汽車發(fā)動機(jī)正時(shí)系統(tǒng)端蓋、鏈輪、變速器換擋撥叉總成、座椅調(diào)角器系統(tǒng)、高鐵制動結(jié)構(gòu)件、航空發(fā)動機(jī)搖臂、核電與化工密封結(jié)構(gòu)件等，有力促進(jìn)了中厚板結(jié)構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級及高端裝備的發(fā)展。
精沖擠壓復(fù)合成形技術(shù)
精沖擠壓復(fù)合成形方式
圖1 精沖擠壓復(fù)合成形方式
精沖擠壓復(fù)合成形方式可以分為三種（圖1）。對于先擠壓成形然后精沖落料適用于級進(jìn)成形（圖1a）；對于圖1b，屬于條料外移步成形，精沖落料后采用機(jī)械手將零件移動到另一個(gè)工步，然后進(jìn)行體積成形。此方法能進(jìn)一步擴(kuò)大模具工作區(qū)域范圍，提高生產(chǎn)效率；對于圖1c，精沖擠壓同一工步成形，避免在工步轉(zhuǎn)換過程中尺寸精度的喪失，適合于高精度成形。無論對于哪一種復(fù)合方式，都包括了三維局部擠壓成形和二維整體精沖落料兩種成形工藝，接下來重點(diǎn)分析這兩種成形工藝特征。
三維局部擠壓成形
板料三維局部擠壓成形可以分為以下三種方式（圖2）。
圖2 三維局部擠壓成形方式
⑴當(dāng)d/D＞1時(shí)，擠壓變形過程中易出現(xiàn)縮孔，且底端面呈不規(guī)則弧形（圖3）。應(yīng)合理選擇擠壓行程和擠壓比，宜設(shè)置擠壓反頂桿。
圖3 中厚板擠壓成形縮孔缺陷
⑵當(dāng)d/D=1時(shí)，一般用于半沖孔，擠壓行程應(yīng)小于板厚，否則為沖孔工藝。
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</figure><p>abaqus纖維復(fù)合材料V型件熱固化模型，chile子程序，內(nèi)附CAE，inp及ODB文件，chile模型，操作步驟詳解</p>
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復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù)
復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)常用PVC多孔泡沫材料參數(shù).pdf
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷納入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點(diǎn)專項(xiàng)
為落實(shí)“十四五”期間國家科技創(chuàng)新有關(guān)部署安排，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動實(shí)施“先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料”重點(diǎn)專項(xiàng)。根據(jù)本重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案的部署，科技部近日發(fā)布了2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南。該指南重點(diǎn)圍繞先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料、高溫與特種金屬結(jié)構(gòu)材料、先進(jìn)工程結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)材料制備加工與評價(jià)新技術(shù)等7個(gè)技術(shù)方向。
本重點(diǎn)專項(xiàng)總體目標(biāo)是：面向制造強(qiáng)國、交通強(qiáng)國、航天強(qiáng)國建設(shè)等國家重大需求部署先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料研發(fā)任務(wù)，形成國產(chǎn)材料體系化自主研制和保障能力，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)、重載火箭、國產(chǎn)大飛機(jī)、核電工程裝備、深海油氣資源開采等
國家大型工程等急需的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料的國內(nèi)自主供給。
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷與陶瓷基復(fù)合材料
高端合金制造及鋼鐵冶金用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料開發(fā)及應(yīng)用（示范應(yīng)用）
研究內(nèi)容：
面向冶金產(chǎn)業(yè)提升的發(fā)展需求，研究高端合金制造及鋼鐵新技術(shù)領(lǐng)域用關(guān)鍵結(jié)構(gòu)陶瓷材料組分設(shè)計(jì)與制備技術(shù)，開發(fā)高品質(zhì)高溫合金制備用結(jié)構(gòu)陶瓷材料、冶金領(lǐng)域用
高效節(jié)能
硼化鋯陶瓷電極、薄帶連鑄用結(jié)構(gòu)功能一體化陶瓷材料
的規(guī)模化生產(chǎn)工藝，開展應(yīng)用評價(jià)技術(shù)研究，建立規(guī)模化生產(chǎn)線，研制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，制定制備及檢測標(biāo)準(zhǔn)。
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