復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的案例
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊
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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)
一、復(fù)合材料的定義與構(gòu)造特點
1）復(fù)合材料的定義
復(fù)合材料——由兩個或兩個以上獨立的物理相（粘結(jié)材料和顆粒、纖維或片狀材料）所組成的一種固體產(chǎn)物。
定義中說的物理相，可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的。連續(xù)相稱為基體材料；不連續(xù)相（分散相）稱為增強材料。
增強材料——起承受載荷的作用，主要提供復(fù)合材料的力學(xué)性能，其幾何形式有長纖維、短纖維和顆粒狀物等多種；
基體材料——起著粘結(jié)、支撐、保護增強材料和傳遞應(yīng)力的作用，主要提供復(fù)合材料的物理、化學(xué)性能，常采用橡膠、石墨、樹脂、金屬和陶瓷等。
2）復(fù)合材料的主要特點
1）復(fù)合材料的性能具有可設(shè)計性
2）材料和結(jié)構(gòu)具有同一性
3）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計包含材料設(shè)計
4）材料性能對復(fù)合工藝的依賴性
5）復(fù)合材料具有各向異性和非均質(zhì)性
3）復(fù)合材料的構(gòu)造特點
復(fù)合材料與其說是材料，不如說是結(jié)構(gòu)更確切。因此復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可分為
三個結(jié)構(gòu)層次：
單層板（一次結(jié)構(gòu)）
層合板（二次結(jié)構(gòu)）
工程結(jié)構(gòu)（三次結(jié)構(gòu)）
4）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計也分為三個層次：
單層設(shè)計——正確選擇増強材料和基體，確定組分比。
（單層材料性能設(shè)計）
層合板設(shè)計——確定單層層數(shù)、鋪設(shè)方向和鋪設(shè)順序。
展開 聚氨酯復(fù)合材料電桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析
?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(xué)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(fù)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(yīng)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(fù)合材料電桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1. 復(fù)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(fù)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(xué)計算與鋪層的反復(fù)過程。
（3）工藝設(shè)計：應(yīng)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(fù)合材料產(chǎn)品合理設(shè)計和降低成本的關(guān)鍵。
2. 復(fù)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(fù)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(dǎo)致材料的力學(xué)性能不同，也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)力學(xué)行為的迥異。
展開 【技術(shù)】復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識共享系列（一）
【技術(shù)】復(fù)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(fù)合材料制品”，而開發(fā)“買得起的復(fù)合材料制品”的過程中“設(shè)計是主導(dǎo)，材料是基礎(chǔ)，制造是關(guān)鍵，應(yīng)用是目的”。縱觀國際復(fù)合材料應(yīng)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(xùn)，被稱為“復(fù)合材料圣經(jīng)”的CMH-17《復(fù)合材料手冊》主要是航空航天領(lǐng)域研究和應(yīng)用復(fù)合材料40多年的經(jīng)驗教訓(xùn)，其他領(lǐng)域的高端應(yīng)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(fù)合材料應(yīng)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(fù)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(yīng)繼承航空航天領(lǐng)域復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的經(jīng)驗教訓(xùn)。作者在飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域馳騁了30多年，對飛機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計積累了一些經(jīng)驗和教訓(xùn)，希望能把這些體會寫出來與碳纖維復(fù)合材料界同人共享。
飛機復(fù)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(wù)，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(fù)合材料的力學(xué)性能要求。
2、 飛機結(jié)構(gòu)完整性要求
2.1 復(fù)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 
碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
前些時候跟英國TWI的專家交流，探討了用碳纖維復(fù)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計要點。
內(nèi)容所有涉及的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般是指碳纖維預(yù)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(xué)計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復(fù)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(fù)合材料設(shè)計者精湛的技巧。不過決定復(fù)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(fù)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(xué)性能。
由基體和增強材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決定于組分材料的力學(xué)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(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)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(xué)性能決定于層合體的力學(xué)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(fù)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(yīng)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。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
在發(fā)表的文獻中給出了當時波音民用飛機使用的復(fù)合材料體系T300/5208的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線（見圖1），其門檻值大約為2800με。
圖1 翼面結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣壓縮下沖擊破壞曲線
國內(nèi)從1985年開始沖擊損傷的研究，在中國飛機強度所建立了壓縮下沖擊的試驗設(shè)備及開展了相關(guān)的理論和試驗研究。這項研究在航空用復(fù)合材料體系的研發(fā)和復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計和試驗驗證中得到應(yīng)用。1980年代國內(nèi)開始軍機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研制，當時首先遇到的問題是沒有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，特別是當時作為設(shè)計入門的國外某公司《復(fù)合材料設(shè)計手冊》中給出一組設(shè)計用材料數(shù)據(jù)（見圖2），從文獻可知，其所用材料體系是T300/5208。通常金屬結(jié)構(gòu)極限載荷與限制載荷相差1.5倍，結(jié)構(gòu)在極限載荷下的設(shè)計許用值一般采用材料的極限強度，因此限制載荷下使用的材料性能應(yīng)是極限強度除以1.5，這組數(shù)據(jù)背離了人們的常識。當時國內(nèi)軍機采用T300碳纖維，但使用國內(nèi)研制的樹脂，其設(shè)計值該如何確定成了航空復(fù)合材料界的難題，航空界進行了研究和向國外專家咨詢，但始終沒有解決（關(guān)于許用值與設(shè)計值將在另文討論），但在該文件中指出了壓縮限制應(yīng)變的確定與沖擊損傷有關(guān)。在此背景下，當年作者提出了確定設(shè)計值的一種工程方法：鑒于設(shè)計值與沖擊損傷有關(guān)，且國外該公司所用的材料體系是T300/5208，而文獻中提供了該材料體系典型結(jié)構(gòu)鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線的門檻值為2800με，只要將國內(nèi)軍機所用材料同樣結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線門檻值與其進行比較，即可確定國內(nèi)軍機所用材料體系的壓縮設(shè)計值。在設(shè)計經(jīng)驗比較缺乏的1990年代，根據(jù)作者提出的這種確定壓縮設(shè)計值的簡便方法，解決了軍機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制中遇到的一系列問題。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識共享系列之二復(fù)合材料沖擊損傷的來龍去脈
在發(fā)表的文獻中給出了當時波音民用飛機使用的復(fù)合材料體系T300/5208的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線（見圖1），其門檻值大約為2800με。
圖1 翼面結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣壓縮下沖擊破壞曲線
國內(nèi)從1985年開始沖擊損傷的研究，在中國飛機強度所建立了壓縮下沖擊的試驗設(shè)備及開展了相關(guān)的理論和試驗研究。這項研究在航空用復(fù)合材料體系的研發(fā)和復(fù)合材料飛機結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計和試驗驗證中得到應(yīng)用。1980年代國內(nèi)開始軍機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計和研制，當時首先遇到的問題是沒有復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計知識，特別是當時作為設(shè)計入門的國外某公司《復(fù)合材料設(shè)計手冊》中給出一組設(shè)計用材料數(shù)據(jù)（見圖2），從文獻可知，其所用材料體系是T300/5208。通常金屬結(jié)構(gòu)極限載荷與限制載荷相差1.5倍，結(jié)構(gòu)在極限載荷下的設(shè)計許用值一般采用材料的極限強度，因此限制載荷下使用的材料性能應(yīng)是極限強度除以1.5，這組數(shù)據(jù)背離了人們的常識。當時國內(nèi)軍機采用T300碳纖維，但使用國內(nèi)研制的樹脂，其設(shè)計值該如何確定成了航空復(fù)合材料界的難題，航空界進行了研究和向國外專家咨詢，但始終沒有解決（關(guān)于許用值與設(shè)計值將在另文討論），但在該文件中指出了壓縮限制應(yīng)變的確定與沖擊損傷有關(guān)。在此背景下，當年作者提出了確定設(shè)計值的一種工程方法：鑒于設(shè)計值與沖擊損傷有關(guān)，且國外該公司所用的材料體系是T300/5208，而文獻中提供了該材料體系典型結(jié)構(gòu)鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線的門檻值為2800με，只要將國內(nèi)軍機所用材料同樣結(jié)構(gòu)典型鋪層試樣的沖擊能量~壓縮破壞應(yīng)變曲線門檻值與其進行比較，即可確定國內(nèi)軍機所用材料體系的壓縮設(shè)計值。在設(shè)計經(jīng)驗比較缺乏的1990年代，根據(jù)作者提出的這種確定壓縮設(shè)計值的簡便方法，解決了軍機復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制中遇到的一系列問題。
展開 碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
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(xué)計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維復(fù)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(fù)合材料設(shè)計者精湛的技巧。不過決定復(fù)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(fù)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(xué)性能。
由基體和增強材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決定于組分材料的力學(xué)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(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)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(xué)性能決定于層合體的力學(xué)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(fù)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(yīng)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。
一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。但是如果對于一些特殊要求，可以產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，那么設(shè)計過程中，要考慮失穩(wěn)過程不會因此影響極限載荷。
鋪層結(jié)構(gòu)
鋪層結(jié)構(gòu)是碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵，如何把單層結(jié)構(gòu)的優(yōu)異性能傳遞到復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件上，鋪層結(jié)構(gòu)起到承上啟下的作用。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中的毯式曲線？
【聲明】原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)自“復(fù)合材料力學(xué)”微信公眾號
在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中，毯式曲線是一種常用的設(shè)計分析手段，它可以清晰地表征層合板在不同鋪層比例下的等效彈性常數(shù)及強度屬性。
毯式曲線是采用二維圖表征兩個或多個獨立變量與一個或多個非獨立變量之間相互作用關(guān)系的圖。毯式曲線具有良好的可讀性，另外還可以用于準確地進行數(shù)據(jù)點插值。傳統(tǒng)的毯式曲線可以表征多達三個獨立變量和三個非獨立變量的相互作用。
毯式曲線在材料科學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如在復(fù)合材料層壓板結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可通過毯式曲線表征不同鋪層組合下的層壓板等效彈性常數(shù)。
一種常見的毯式曲線是兩個獨立變量與一個非獨立變量模式，以下圖為例，A和B為兩個獨立的變量，且A和B均有各自的取值范圍，X軸為虛坐標軸，無物理意義，Y軸為因變量，且有Y=f(A,B) 。
三變量毯式曲線
該類二維曲線圖可以由三維曲面圖來替代。
三維曲面圖
另一種常見的毯式曲線是兩個獨立變量與兩個非獨立變量模式，如下圖所示。A和B為兩個獨立的變量，且A和B均有各自的取值范圍，X和Y均為A和B的函數(shù)，且
該類毯式曲線圖無法用三維曲面圖來替代。
四變量毯式曲線
在復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)設(shè)計中，毯式曲線采用的是四變量毯式曲線，它可以清晰直觀地表征不同鋪層比例下層壓板的剛度或強度屬性。
以最常見的π/4鋪層組合為例，0°層、90°層以及±45°層的總百分比是100%，一般假設(shè)45°層與-45°層比例相等，故±45°層比例可以看作是一個獨立變量A，另外，可以將0°層（或者90°層）比例看作是另一個獨立變量B，則剩下的90°層（或者0°層）鋪層比例即為第一個非獨立變量X，且X=1-A-B。
展開 關(guān)于復(fù)合材料設(shè)計清單
1、復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ):
復(fù)合材料本身是非均質(zhì)、各向異性材料，因此，復(fù)合材料力學(xué)在經(jīng)典非均質(zhì)各向異性彈性力學(xué)基礎(chǔ)上得到迅速發(fā)展。
復(fù)合材料不僅是材料，更確切的說是結(jié)構(gòu)。
2、固體力學(xué)：一次結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、三次結(jié)構(gòu)。
1）一次結(jié)構(gòu)是指由基體和增強材料復(fù)合而成的單層材料，其力學(xué)性能決定于組分材料的力學(xué)性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區(qū)的性能
2）二次結(jié)構(gòu)是指由單層材料層合而成的層合體，其力學(xué)性能決定于單層材料的力學(xué)性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設(shè)方向、鋪層序列)
3）三次結(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(xué)性能決定于層合體的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)幾何。
3、復(fù)合材料的設(shè)計：
1）結(jié)構(gòu)設(shè)計：確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸；
2）鋪層設(shè)計：對鋪層材料的鋪層方案做出合理安排，決定層合板性能；
3）單層材料設(shè)計：正確選擇增強材料、基體材料及其配比，決定單層板的性能。
4、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計過程
1）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計是選用不同材料綜合各種設(shè)計（如層合板設(shè)計、典型結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接設(shè)計等）的反復(fù)過程；
2）需考慮的一些主要因素：結(jié)構(gòu)質(zhì)量、研制成本、制造工藝、結(jié)構(gòu)鑒定、質(zhì)量控制、工裝模具的通用性、設(shè)計經(jīng)驗；
3）明確設(shè)計條件：如性能要求、載荷情況、環(huán)境條件、形狀限制等；
4）材料設(shè)計：包括原材料選擇、鋪層性能的確定、復(fù)合材料層合板的設(shè)計等；
5）結(jié)構(gòu)設(shè)計：包括復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)件（如桿、梁、板、殼等）的設(shè)計，以及復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（如剛架、硬殼式結(jié)構(gòu)等）的設(shè)計。
5、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計條件：
1）結(jié)構(gòu)性能要求：結(jié)構(gòu)所能承受的各種載荷，確保在使用壽命內(nèi)的安全；
提供裝置各種配件、儀器等附件的空間。
展開 碳纖維復(fù)合材料車門多位一體研發(fā)技術(shù)
參考文獻
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[3] 沈真，章怡寧，黎觀生，李野， 《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》
[4] 劉雄亞，晏石林， 《復(fù)合材料制品設(shè)計及應(yīng)用》
（來源： Fiberbook波客復(fù)材產(chǎn)品正向研發(fā)）
利用OptiStruct進“牽牛星”登月車設(shè)計進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足設(shè)計要求的同時減輕重量。
行業(yè)：航空航天
挑戰(zhàn)：在“牽牛星”登月車設(shè)計時 需要進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足 設(shè)計要求的同時減輕重量。
Altair 解決方案：利用 OptiStruct 進行拓撲優(yōu) 化，同時進行尺寸和形狀優(yōu) 化，達到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
優(yōu)點：簡化研發(fā)流程 ； 縮短 40%以上設(shè)計時間
背景介紹
Altair結(jié)構(gòu)優(yōu)化工具OptiStruct為“牽牛星”登月車設(shè)計提供必要的概念設(shè)計思路，成功 完成結(jié)構(gòu)減重設(shè)計并達到預(yù)期設(shè)計目標。
位于美國猶他州克利爾菲爾德的ATK航空航天公司是全球領(lǐng)先的飛行器設(shè)計制造公 司。目前，該公司業(yè)務(wù)集中在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計與制造。ATK為全球航空航天和國防 企業(yè)提供飛行器設(shè)計和制造服務(wù)。
挑戰(zhàn)
將ATK復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工經(jīng)驗融入“牽牛星”登月車的著陸模塊設(shè)計中，使其滿 足以下要求： ? 評估復(fù)合材料應(yīng)用合理性 ? 優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀 ? 滿足設(shè)計要求 ? 減重
“應(yīng)用Altair OptiStruct拓撲優(yōu)化技術(shù)，我們研究了登月車著陸模塊的傳力路徑問 題。根據(jù)研究結(jié)果，我們重新設(shè)計了結(jié)構(gòu)的材料分布以便能夠更有效的承受載荷。 后續(xù)進行的尺寸和形狀優(yōu)化分析可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的尺寸特性以滿足設(shè)計要求（如固 有頻率、屈曲、應(yīng)力等）。”
展開 復(fù)合材料連接設(shè)計、分析和試驗培訓(xùn)
先進復(fù)合材料因其比強度和比剛度高及材料鋪層可設(shè)計性等優(yōu)異特性，成為改善產(chǎn)品性能的關(guān)鍵材料，已經(jīng)大量應(yīng)用于對重量要求苛刻的航空航天結(jié)構(gòu)，包括飛機機翼機身等主承力結(jié)構(gòu)。任何一個大型結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)連接是不可避免的。連接部位的設(shè)計技術(shù)是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)之一。基于此，碳纖維研習(xí)社將于2020年12月18日至20日在深圳組織復(fù)合材料連接、分析和試驗培訓(xùn)，歡迎行業(yè)技術(shù)人員參加。
講師簡介
謝鳴九 中國飛機強度研究所研究員
1963年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院數(shù)學(xué)專業(yè)，同年分配到國防科委某研究所。
1984年作為訪問學(xué)者在原西德宇航研究院結(jié)構(gòu)力學(xué)研究所工作一年，從事固化應(yīng)力研究，論文在1986年的Composites Science and Technology雜志上發(fā)表。
從1977年開始從事復(fù)合材料力學(xué)研究。一直是部管復(fù)合材料連接預(yù)研課題的主管，參與殲8和殲10復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)攻關(guān)項目，并在后者復(fù)合材料系統(tǒng)工程擔任副主任工程師。任職期間試驗了大量的連接試件和基本性能試件。
1994年聯(lián)合成都、沈陽和西安飛機設(shè)計研究所等單位編寫了《復(fù)合材料連接手冊》。該手冊總結(jié)了航空系統(tǒng)多年來關(guān)于復(fù)合材料連接研究的主要成果，并借鑒了國外的先進經(jīng)驗。手冊結(jié)構(gòu)完整、內(nèi)容豐富、技術(shù)先進、應(yīng)用方便，實用價值很高。獲中國航空工業(yè)總公司科技進步二等獎。
2009~2012年應(yīng)上海交通大學(xué)航空航天學(xué)院的邀請給大飛機研究生特班講授《復(fù)合材料連接》課程。
2012年以來先后編著了《復(fù)合材料連接》和《復(fù)合材料連接技術(shù)》兩本專著。
展開 常用復(fù)合材料設(shè)計模擬軟件特點匯總
ESAComp軟件是專業(yè)的復(fù)合材料設(shè)計分析軟件系統(tǒng) , 最初由歐洲航天局 (ESA) 發(fā)起 , 并由芬蘭赫兒辛基大學(xué)輕型結(jié)構(gòu)材料實驗室開發(fā)完成。其目標為開發(fā)成一種可以在統(tǒng)一界面下包含所有復(fù)合材料分析和設(shè)計能力的軟件工具。ESAComp 具有基于微觀力學(xué)分析的廣泛的實體 / 夾層板分析、設(shè)計能力，而且它包含了針對單層板、層壓板、加筋板、梁和柱體，以及膠接和機械連接等等各種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)形式、連接形式的分析工具。具有同目前廣泛使用的各種有限元軟件包的交互接口，從而使 ESAComp 同設(shè)計過程實現(xiàn)了無縫結(jié)合。
ESAComp 是專業(yè)的復(fù)合材料設(shè)計分析工具，具有友好的圖形化用戶界面，多重分析和圖形化結(jié)果顯示，多級別的專業(yè)數(shù)據(jù)庫， 同目前廣泛使用的各種有限元軟件包的銜接能力，支持用戶定制的擴展功能。雖然該軟件起源于航空、航天領(lǐng)域，但是已經(jīng)被開發(fā)成適用于復(fù)合材料研發(fā)人員的通用工具。
VISTAGY公司開發(fā)的FiberSIM是專門用于復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計和制造的工具。在三維模擬環(huán)境中，工程師可以使用此軟件建立復(fù)合材料部件完整的數(shù)字產(chǎn)品定義。FiberSIM支持整個產(chǎn)品開發(fā)過程，還有多種材料的靈活設(shè)計方法和制造方法。該軟件可以模擬復(fù)合材料在復(fù)雜曲面上的變形，產(chǎn)生制造信息，這些信息包括文檔、平展模型和驅(qū)動下游生產(chǎn)設(shè)備所需要的數(shù)據(jù)。它支持包括手糊、模塑、預(yù)浸帶ESAComp軟件是專業(yè)的復(fù)合材料設(shè)計分析軟件系統(tǒng) , 最初由歐洲航天局 (ESA) 發(fā)起 , 并由芬蘭赫兒辛基大學(xué)輕型結(jié)構(gòu)材料實驗室開發(fā)完成。其目標為開發(fā)成一種可以在統(tǒng)一界面下包含所有復(fù)合材料分析和設(shè)計能力的軟件工具。
展開 Altair 在 JEC World 展會上展示針對復(fù)合材料的仿真驅(qū)動設(shè)計方法、軟件及服務(wù)解決方案
Altair 將在今年的巴黎 JEC World 展會上接待合作伙伴Componeering和 HBM nCode并展示在HyperWorks中無縫集成 Multiscale Designer
2016 年 2 月 24 日，TROY（美國密歇根州）/美通社/ -- Altair將參加 3 月 8 日至 10 日在巴黎舉行的復(fù)合材料行業(yè)最大規(guī)模的國際展會 JEC World。屆時，Altair 將展示各種面向復(fù)合材料設(shè)計和優(yōu)化的軟件與服務(wù)解決方案，以及客戶成功案例。
復(fù)合材料的應(yīng)用范圍幾乎覆蓋所有行業(yè)，因為此類材料不僅具備良好且可定制的結(jié)構(gòu)特征，而且可滿足許多種類產(chǎn)品的輕量化設(shè)計需求。但是，由于需要經(jīng)過特殊的設(shè)計和開發(fā)過程才能完全發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢，所以想要真正應(yīng)用復(fù)合材料難度不小。Altair 擁有超過 20 年的專業(yè)優(yōu)化經(jīng)驗，在業(yè)內(nèi)享有盛譽，為客戶提供面向復(fù)合材料設(shè)計與優(yōu)化的強大工具與深厚專業(yè)知識。工程師們可以在 Altair 解決方案的引導(dǎo)下為鋪層式和蜂窩式復(fù)合材料結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最優(yōu)材料布局，并進行優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計。
今年 Altair 展位的最大亮點將是采用 TCA Ultra Lite?和碳纖維樹脂傳遞模塑 (RTM) 復(fù)合材料的多材質(zhì)汽車行李箱蓋。這款行李箱蓋由 Continental Structural Plastics 使用 Altair 的優(yōu)化解決方案研制而成，并剛剛獲得 2016 年的 JEC 創(chuàng)新獎。展示區(qū)的“運動休閑天地”(Sport & Leisure Planet) 部分將向參觀者介紹世界最輕、最堅固的公路自行車Rolo Bike，這款自行車為碳纖維材質(zhì)，在 Altair 復(fù)合材料優(yōu)化軟件和服務(wù)的支持下打造而成。
Altair 在 2015 年 4 月收購了 MDS 的開發(fā)者 Multiscale Design Systems。
展開 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)專題、標簽、搜索
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