結(jié)構(gòu)材料設(shè)計
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2026-01-05
結(jié)構(gòu)材料設(shè)計的視頻教程
CATIA一次性成功地設(shè)計由復合材料制成的高性能、已經(jīng)過結(jié)構(gòu)驗證的車輛零件
1、同時完成復合材料零件結(jié)構(gòu)行為的設(shè)計和驗證，以發(fā)布高性能T&M 結(jié)構(gòu) 2、將復合材料概念階段與高級結(jié)構(gòu)仿真相集成，以實現(xiàn)高效的建模仿真工程方法 3、在整個 3D 注解中提供完整的復合材料產(chǎn)品定義
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ADAMS運動學仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計第四講——結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
1.模型參數(shù)化 1）定義設(shè)計變量 2）模型參數(shù)化 2.優(yōu)化設(shè)計流程 1）優(yōu)化設(shè)計的一般流程 2）目標函數(shù)定義 3）約束函數(shù)定義 4）優(yōu)化設(shè)計、設(shè)計研究和實驗設(shè)計的區(qū)別 3.六連桿沖壓機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計 4.發(fā)動機解耦率優(yōu)化設(shè)計
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結(jié)構(gòu)材料設(shè)計的實例教程
復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊
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（鋪層設(shè)計，或?qū)雍习逍阅?em>設(shè)計）
結(jié)構(gòu)設(shè)計——根據(jù)結(jié)構(gòu)安全性計算分析確定結(jié)構(gòu)尺寸和壁厚
二、復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計基本方法
1）復合材料產(chǎn)品設(shè)計過程
2）復合材料產(chǎn)品設(shè)計的內(nèi)容
◆性能（材料）設(shè)計
根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)要求和使用條件，對組分材料進行選擇、對復合材料的性能（包括力學性能、物理性能、化學性能等）進行設(shè)計。具體的內(nèi)容包括增強材料、基體材料、功能輔助材料的選擇；組分比設(shè)計；鋪層設(shè)計等。（一次結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)設(shè)計）
◆結(jié)構(gòu)設(shè)計（三次結(jié)構(gòu)設(shè)計）
根據(jù)載荷、介質(zhì)、環(huán)境條件，結(jié)合工藝與材料性能，通過計算分析與強度、剛度、穩(wěn)定性校核，設(shè)計出不使產(chǎn)品發(fā)生破壞和過大變形的產(chǎn)品尺寸，既確保安全，又減少材料消耗。
◆工藝設(shè)計
針對產(chǎn)品的特點、性能要求和數(shù)量，選擇合適的成型工藝方法，使該產(chǎn)品不僅成型方便、質(zhì)量穩(wěn)定，而且成本較低。
在產(chǎn)品設(shè)計過程中，以上三個方面相互關(guān)聯(lián)，是一個有機的整體，必須同時進行。在材料設(shè)計時要考慮到其工藝性，結(jié)構(gòu)設(shè)計中包含了材料設(shè)計，材料與結(jié)構(gòu)往往在同一工藝過程中一次成型。
3）復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計基本方法
A）結(jié)構(gòu)計算方法
◆解析法（按設(shè)計標準進行設(shè)計）
考慮到材料的各向異性，通過適當?shù)暮喕捎?em>材料力學、結(jié)構(gòu)力學、板殼力學的方法，或者完全復合材料力學方法，計算結(jié)構(gòu)的受力與變形情況，從而確定結(jié)構(gòu)的壁厚尺寸。
該方法簡便，易被工程界所接受。目前一些標準化的復合材料產(chǎn)品，其設(shè)計標準都是采用這種方法。但是，對于有些結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品或異形結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，很難對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行整體計算分析。
展開 ?但混凝土屬于脆性材料，抗拉強度低，使電桿的抗彎、抗震性能和抗沖擊性能差，在臺風作用時，極易損壞，造成經(jīng)濟損失和人員傷害，也造成了供電中斷與電力維修困難。
?混凝土結(jié)構(gòu)重量大，運輸與安裝也不方便。
2.聚氨酯樹脂的特點
?聚氨酯（PU）的分子結(jié)構(gòu)中含有氨基甲酸酯基團（—NH—COO—），擁有良好的力學性能（輕質(zhì)高強高模量，斷裂延伸率大，耐沖擊），優(yōu)異的耐酸堿、紫外線和大氣老化性能；成型方便、環(huán)保（無苯乙烯揮發(fā)）。
?纖維纏繞聚氨酯復合材料電桿的優(yōu)越性能：
（1）質(zhì)量輕，容易運輸、搬運和安裝；
（2）彎曲強度大，斷裂延伸率大，抵抗臺風等的彎曲應力；絕緣性能好；
（3）耐候性能好，抵抗風吹日曬等惡劣環(huán)境。
二、聚氨酯復合材料電桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 復合材料產(chǎn)品設(shè)計特點：材料結(jié)構(gòu)設(shè)計一體化。
（1）性能設(shè)計：充分考慮最終產(chǎn)品的使用目的和使用條件，使設(shè)計出復合材料產(chǎn)品與設(shè)計要求相同。
（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計：強度、剛度與穩(wěn)定性計算。根據(jù)所承受的載荷及使用環(huán)境，設(shè)計出確保材料安全可靠經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)尺寸。是選用不同材料，結(jié)合工藝，在各種載荷組合工況下的力學計算與鋪層的反復過程。
（3）工藝設(shè)計：應盡可能使結(jié)構(gòu)成型方便、成本低廉。
這三者相互關(guān)聯(lián)，不能截然分開。結(jié)構(gòu)設(shè)計包含了材料設(shè)計的所有內(nèi)容，是復合材料產(chǎn)品合理設(shè)計和降低成本的關(guān)鍵。
2. 復合材料電桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點與必要性
（1）雖然電桿的幾何形狀簡單，但和所有復合材料結(jié)構(gòu)一樣，材料為各向異性材料，極具可設(shè)計性。
（2）電桿具有較大的錐度：1/75；纏繞工藝和等直桿不同，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計中不同截面的材料參數(shù)和幾何參數(shù)不同。事實上，工藝參數(shù)的不同，導致材料的力學性能不同，也導致結(jié)構(gòu)力學行為的迥異。
展開 【技術(shù)】復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識共享系列（一）
1、引言
作者最近寫了一些文章，闡述了對國產(chǎn)碳纖維產(chǎn)業(yè)化之路的一些觀點，國產(chǎn)碳纖維實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是用國產(chǎn)碳纖維開發(fā)出“買得起的復合材料制品”，而開發(fā)“買得起的復合材料制品”的過程中“設(shè)計是主導，材料是基礎(chǔ)，制造是關(guān)鍵，應用是目的”。縱觀國際復合材料應用領(lǐng)域幾十年的發(fā)展，無疑航空航天領(lǐng)域積累了最多的經(jīng)驗教訓，被稱為“復合材料圣經(jīng)”的CMH-17《復合材料手冊》主要是航空航天領(lǐng)域研究和應用復合材料40多年的經(jīng)驗教訓，其他領(lǐng)域的高端應用無不顯現(xiàn)航空航天的痕跡，例如從風電葉片的設(shè)計中可以看到直升機旋翼槳葉的設(shè)計理念。目前復合材料應用方興正艾的交通運輸車輛結(jié)構(gòu)與航空航天結(jié)構(gòu)類似，都屬于受力復雜的桿板殼結(jié)構(gòu)，因此順理成章地交通運輸車輛結(jié)構(gòu)的設(shè)計理應繼承航空航天領(lǐng)域復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗教訓。作者在飛機復合材料結(jié)構(gòu)的應用領(lǐng)域馳騁了30多年，對飛機復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計積累了一些經(jīng)驗和教訓，希望能把這些體會寫出來與碳纖維復合材料界同人共享。
飛機復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，在確定結(jié)構(gòu)布局和生產(chǎn)工藝后，首先面臨著選材的任務，本文試圖從飛機結(jié)構(gòu)完整性要求出發(fā)，在滿足工藝需求和材料工作極限（MOL，對環(huán)氧樹脂MOL=濕態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg-28℃）的前提下，闡述飛機結(jié)構(gòu)對碳纖維復合材料的力學性能要求。
2、 飛機結(jié)構(gòu)完整性要求
2.1 復合材料飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的特點
飛機結(jié)構(gòu)完整性的定義是：影響飛機安全使用和成本費用的機體結(jié)構(gòu)的強度、剛度、損傷容限、耐久性和功能的總稱。”因此對飛機結(jié)構(gòu)用材料體系的要求就必須滿足這些要求。
展開 前些時候跟英國TWI的專家交流，探討了用碳纖維復合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬材料，尤其在制造重要的結(jié)構(gòu)部件中的思路。發(fā)現(xiàn)需要考慮的因素太多，以致無法確定主次先后。今天就列一個清單，細數(shù)碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計要點。
內(nèi)容所有涉及的復合材料結(jié)構(gòu)一般是指碳纖維預浸料鋪層結(jié)構(gòu)。
強度與剛度
既然是結(jié)構(gòu)部件，那么設(shè)計者首先要考慮的是強度和剛度。部件在外力載荷的作用下，有抵抗變形與破壞的能力，但是這個能力又是有限度的。
如何確定部件的使用載荷，不會超出部件的能力極限，是通過材料力學計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要考慮的問題。
通過合理的搭配纖維和樹脂，優(yōu)化纖維排布，用最少的材料，滿足設(shè)計需求，體現(xiàn)了復合材料設(shè)計者精湛的技巧。不過決定復合材料強度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關(guān)，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結(jié)合搭配有關(guān)。
所以，設(shè)計者在設(shè)計碳纖維復合材料結(jié)構(gòu)部件時，需要考慮三個層級結(jié)構(gòu)的力學性能。
由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學性能決定于組分材料的力學性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區(qū)的性能。
由單層材料層合而成的層合體，其力學性能決定于單層材料的力學性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設(shè)方向、鋪層序列) 。
最頂層結(jié)構(gòu)是指通常所說的工程結(jié)構(gòu)或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，其力學性能決定于層合體的力學性能和結(jié)構(gòu)幾何。
穩(wěn)定性
除了強度與剛度要求，設(shè)計者還需考慮復合材料部件的失穩(wěn)，尤其是對一些細長桿結(jié)構(gòu)，在受壓時，應該能夠保證其原有的直線平衡狀態(tài)。對于一些框架結(jié)構(gòu)部件，如果鋪層不均勻，也會產(chǎn)生翹曲失穩(wěn)，所以在制造過程中尤其注意。最好采用對稱鋪層，以防變形不均勻。
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結(jié)構(gòu)材料設(shè)計的最新內(nèi)容
概述
材料的性能在很大程度上受其微觀結(jié)構(gòu)影響。本文檔使用 Ansys 材料設(shè)計器展示四種不同類型的微觀結(jié)構(gòu)及其對應的宏觀尺度材料性能：隨機單向纖維結(jié)構(gòu)、體心立方顆粒結(jié)構(gòu)、金剛石晶格結(jié)構(gòu)和編織結(jié)構(gòu)。
目標
理解微觀結(jié)構(gòu)與宏觀尺度材料性能之間的關(guān)系
步驟
案例1：隨機單向纖維（木材）
1. 打開 Ansys Workbench，創(chuàng)建一個“材料設(shè)計器”組件。檢查單位。
2.
本文原刊登于Ansys.com：《Boost Your Ansys Workflow: 5 Tips for Faster, More Accurate Structural Checks》
編輯整理：邱成宇 | Ansys 高級應用工程師
在結(jié)構(gòu)工程中，精度和效率是必須滿足的目標。由于項目變得越來越復雜，能夠在確保符合行業(yè)標準的同時簡化工作流程，對于取得成功的結(jié)果非常關(guān)鍵。
本文將介紹使用
原始文獻：《Mechanical modelling of indentation-induced densification in amorphous silica》
該文章為了模擬非晶態(tài)二氧化硅的壓縮力學性能，把拉伸與壓縮分開處理：拉伸側(cè)采用熟悉的 von Mises 屈服，壓縮側(cè)則切換到 cap 屈服面。這樣的設(shè)計，正好對應了非晶二氧化硅在壓痕加載下“既會發(fā)生剪切塑性，又會發(fā)生永久致密化
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優(yōu)化仿真解決方案，以及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程案例分析，感興趣的下滑預約學習??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優(yōu)化仿真解決方案
2.輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析
講師：
構(gòu)成光學系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統(tǒng)進行初始設(shè)計階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計為起點。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。在選擇“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元初始設(shè)計”的菜單后出現(xiàn)的小窗體內(nèi)有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設(shè)計選項，如圖1所示。
構(gòu)成光學系統(tǒng)最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)單元都離不開單透鏡、膠合透鏡以及各種形式反射棱鏡的組合。所有的光學系統(tǒng)進行初始設(shè)計階段都必然要從該類結(jié)構(gòu)單元設(shè)計為起點。其中透鏡單元中最基礎(chǔ)的則是單透鏡、雙膠合透鏡以及由單透鏡和雙膠合透鏡組成的單透鏡—雙膠合透鏡或雙膠合透鏡—單透鏡組合等幾種常見的結(jié)構(gòu)形式。在選擇“系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元初始設(shè)計”的菜單后出現(xiàn)的小窗體內(nèi)有一個書簽式選項選擇上述五種透鏡的設(shè)計選項，如圖1所示。
授課時間
2026/5/19（二）-5/20（三）
AM 9:00-PM 16:00
授課地點
上海市嘉定區(qū)南翔銀翔路819號中暨大廈18樓1805室
課程講師
訊技光電工程團隊及資深顧問
課程費用
4800RMB/1人次
(課程包含課程材料費、開票稅金、午餐費)
課程簡介
雙高斯照相物鏡屬于中等視場及中等相對孔徑的典型照相物鏡，其結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。
由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對稱性，原則上所有橫向像差都能自動補償，因此在設(shè)計思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計。為此在設(shè)計過程中首先從設(shè)計其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統(tǒng)。雙高斯照相物鏡的半部系統(tǒng)在其系統(tǒng)光欄后只包括一個雙膠合透鏡和一片單透鏡組成
由于雙高斯照相物鏡結(jié)構(gòu)的對稱性，原則上所有橫向像差都能自動補償，因此在設(shè)計思路上只著眼于縱向像差的平衡設(shè)計。為此在設(shè)計過程中首先從設(shè)計其半部系統(tǒng)入手，然后再經(jīng)過鏡像處理形成雙高斯照相物鏡的全系統(tǒng)。雙高斯照相物鏡的半部系統(tǒng)在其系統(tǒng)光欄后只包括一個雙膠合透鏡和一片單透鏡組成，如圖2。
該類型鏡頭結(jié)構(gòu)簡單
2025年12月15日，材料斷裂力學領(lǐng)域迎來一篇重量級綜述。哈佛大學鎖志剛教授團隊在頂級期刊《Chemical Reviews》上發(fā)表了題為“Thermodynamic and Molecular Origins of Crack Resistance in Polymer Networks”的綜述論文，其作者為陳哲琪博士、鎖志剛教授。該論文系統(tǒng)性地為高分子材料的“抗裂性”研究構(gòu)建了從熱力學框架到分子設(shè)計原理的清晰圖譜
