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復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計時的主要強度類型分析

嘉峪檢測網(wǎng)        2020-05-14 10:19

通過將特定的樹脂和增強劑結(jié)合在一起,可以定制配方并滿足任何應(yīng)用所需的強度要求。例如,可以通過調(diào)整樹脂和增強材料的比例,或?qū)⒗w維調(diào)整到一個方向或多個方向。

 

由于復(fù)合材料具有各向異性特征,這意味著材料特性會根據(jù)增強纖維的位置和層數(shù)而變化。這也提供了工程上的靈活性,因此設(shè)計人員可以定制最終產(chǎn)品的屬性。影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度類型主要有四種:比強度,抗張強度,抗剪強度和抗壓強度。

 

比強度

 

材料的強度重量比(也稱為其比強度)是強度與重量的比值,即材料的強度除以其密度所提供的強度。

 

復(fù)合材料領(lǐng)域的工程師正日益尋求具有高比強度的材料。一些材料如鋼非常堅固但沉重。其他材料可能又輕又結(jié)實,例如竹竿。復(fù)合材料可以設(shè)計成既堅固又輕巧。由于復(fù)合材料具有很高的強度重量比,因此復(fù)合材料成為飛機和汽車等對重量最重要的應(yīng)用的搶手材料。

 

拉伸強度

 

拉伸強度是指材料在斷裂、變形或以其他方式失效時可以承受的應(yīng)力量。而抗張強度的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)是抗彎強度,即材料或結(jié)構(gòu)承受彎曲的能力。拉伸強度和彎曲強度是工程師和設(shè)計師的重要測量指標(biāo)。想象一下如何在不知道承受多大壓力的情況下能夠建造橋面甲板嗎?

 

拉伸強度因材料而異,單位為兆帕(MPa)。例如,它取決于纖維取向和其他設(shè)計因素,鋼的極限抗拉強度范圍為400至690MPa,而碳纖維增強的聚合物復(fù)合材料的極限強度為1,200至2,410 MPa。

 

剪切強度

 

剪切強度描述了當(dāng)層間移動或滑動時材料對應(yīng)變的抵抗能力。重要的是要知道在破壞之前材料可以承受的最大剪切應(yīng)力(或每單位面積的力)。這樣,工程師和設(shè)計人員就可以知道結(jié)構(gòu)可以支撐的重量或負(fù)載量,以及在不同方向施加力時結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的情況。

 

復(fù)合材料的剪切強度會根據(jù)配方和設(shè)計而變化,在設(shè)計復(fù)合材料時可使剪切應(yīng)力在一個平面內(nèi),橫向于該平面或整個層(層間)定向。有幾種控制剪切特性的方法,包括纖維取向、層序、所用纖維的類型和體積、芯材的類型和密度等等。

 

抗壓強度

 

抗壓(壓縮)強度表示材料在受壓壓縮或壓平時的性能。有些材料達(dá)到抗壓強度極限時會破裂或斷裂,而另一些材料會永久變形。

 

混凝土和陶瓷等材料通常具有較高的抗壓強度,但具有較低的抗拉強度。相反,復(fù)合材料通常具有比壓縮強度更高的拉伸強度。壓縮加載的復(fù)合材料可能會彎曲、扭結(jié)或擠壓。因此,評估針對特定應(yīng)用選擇的特定纖維和樹脂組合的壓縮載荷并相應(yīng)地調(diào)整配方非常重要。

 

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來源:寧波碳纖

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