碳纤维层压板铺层设计的一般原则

  碳纤维层压板设计方法主要是指当碳纤维层压板中的铺设角组合已大致选定后,如何确定各铺设角铺层的层数比和层数的方法。其数值应根据结构件的受载情况和所要求的设计精度求得。可按照不同的设计要求,如按刚度设计、按强度设计、按损伤容限设计或按某些特殊要求,如零热膨胀系数、负泊松比等,设计层压板,也可能是同时满足多项设计要求的多目标设计。

  大多数情况下碳纤维层压板主要承受平面载荷。为了最大限度地利用纤维轴向的高性能,应该用0°层承受轴向载荷;士45°层用来承受剪切载荷,即将剪切载荷分解为拉、压分量来布置纤维承载;90°铺层用来承受横向载荷,以避免树脂直接受载,并控制层压板的泊松比。根据需要确定层压板中应布置哪几种铺设角。

碳纤维层压板

  为了提高碳纤维构件的抗屈曲性能,对于受轴压的构件,例如碳纤维筋条和梁、肋的凸缘部位以及需承受轴压的碳纤维蒙皮,除布置较大比例的0°铺层外,也需布置一定数量的士45°层,以提高结构受压稳定性。对受剪切载荷的构件,如腹板等,主要布置士45°层,但也应布置少量的90°层,以提高剪切失稳临界载荷。

  对于可能遭受垂直于碳纤维层压板平面的低能量冲击的构件,在层压板最外层铺设士45°层或加一层玻璃布,可以提高抗冲击能力,对防剥离也有利,同时还可以改善工艺性。《产品浏览:碳纤维板(图)》

碳纤维层压板

  同一铺设角的铺层沿层压板方向应尽量均匀分布,不宜过于集中,若超过4层,易在两种铺设方向铺层组的层间出现分层。层压板的面内刚度只与层数比和铺设角0有关,与铺贴顺序无关。但当层压结构的性能还与弯曲刚度有关时(例如层压结构梁),则弯曲刚度与铺贴顺序有关。

  综上所述,一般建议碳纤维构件中宜同时包含四种铺层,一般在0°,士45°层压板中必须有6%~10%的90°铺层,构成正交各向异性板。除特殊需要外,应采用均衡对称层压板,以避免固化时或受载后因耦合效应引起翘曲。若需设计成准各向同性板,也可采用0°、30°、60°、90°铺层构成的层压板。