减轻复合材料零件的重量

作为用复合材料制造任何东西的一部分(以及某种形式的竞争性质),问题总是会出现,“它能做得更轻吗,我们能走得更快吗?” 好消息:答案通常总是肯定的。然而,零部件的减重之路并不总是一帆风顺。与复合材料中的所有事物一样,优化成本与性能之间存在权衡。可能有上千种不同的减肥方法,很少有严格的正确或错误的方法来执行此操作。零件结构的详细信息和知识对于将信封推到多远以找到所需的最佳强度与重量具有很大的不同。

在深入修改复合设计或零件之前,必须对零件进行研究。即使用更高性能的材料(如碳纤维)替换玻璃纤维部件,在简单地使部件更轻之前也需要一定的知识。有些后果可能无法预料

优化树脂与织物的比例

使现有的复合材料部件发挥最大的设计能力在于优化树脂与纤维的比例。进行湿法铺叠时,树脂太少会导致纤维未被充分覆盖,导致载荷分布不当,并可能导致零件完全失效。树脂过多,零件只会承载过多的树脂,对零件的结构完整性没有任何好处。研究树脂与纤维的最佳比例对于推广最有效的复合材料部件是不可或缺的。

选择面料

Kevlar、Carbon 和 Fiberglass 纤维类型的物理特性和差异都有详细记录。需要更多研究的是这些纤维如何结合到织物中,这与织物在层压时的最终材料特性相关。每种纤维类型和织物都具有最佳特性,例如强度、模量和柔韧性。从选项中选择最佳织物将可能减少树脂用量和织物,因为可能会从叠层方案中消除一些层。虽然许多更结实的面料成本更高,但最有效的解决方案取决于制造商。话虽如此,用碳纤维或凯夫拉纤维代替玻璃纤维复合材料部件将会减轻任何部件的重量。凯夫拉尔纤维和碳纤维只是更轻、更强韧的纤维,可以制造更轻的部件。

减轻零件的重量需要了解零件使用方式的详细信息。了解如何以及在何处施加载荷很重要。一旦零件需求和设计细节已知,纤维取向在零件重量优化中起着不可或缺的作用。单向带提供了纤维的“单程票”,可以在指定方向上完成工作(承载负载)。在复合材料中使用单向胶带可以优化需要的强度,但不是全部。(除非它在所有方向上铺设多层)在与纤维相反的方向上,单向胶带面板可能很容易在远离纤维的方向上失效。它是一种可行的选择,可以在增加很少重量的情况下增加零件的刚度和强度。

树脂选择

就整体强度和高模量应用而言,性能最高的常温树脂是环氧树脂。从克到克,它的性能完全优于聚酯和乙烯基酯树脂,尤其是在强度重量比方面与碳纤维或凯夫拉尔叠层配对时。(为了零件的灵活性,人们可能仍想坚持使用聚酯。)有一系列不同的环氧树脂可供选择,选择适合任何应用的完美环氧树脂的因素有很多。通过深入研究制造商的技术数据表,找到满足设计需求的树脂的材料特性。同样,在选定的环氧树脂中实现适当的树脂与纤维比例将产生最有效的复合材料。

复合材料的优化

实现最轻部件的最佳途径是使用预浸渍织物(预浸料)。树脂已经被引入到纤维中并发挥材料特性的最大特性。优化后的纤维与树脂比例所产生的产品通常远远超出湿法铺层或灌注工艺所能重复完成的范围。请放心,从预浸料的角度设计的东西在重量和可重复性方面将与最终部件的设计精确。预浸料信息来自制造商,其固化层密度已知并记录在案,用于在切割第一层之前估计最终部件的重量。湿式叠层和灌注工艺设计阶段的准确数字取决于几个工艺因素。

减轻复合材料零件的重量

添加核心

添加材料(例如芯)似乎不利于实现更轻的部件和减轻重量。在现有设计中添加核心会增加叠层的重量。然而,核心材料通常用于加强零件并为任何复合部件增加高度刚度。一些芯类型在树脂中增加了显着的重量和刚性,而一些芯类型意味着最高程度的复合材料性能。众所周知,将芯适当地添加到零件的较弱区域会产生更强的零件。在所有可用的芯中,Nomex 蜂窝芯提供最高程度的真实性能。使用 Nomex Honeycomb 可能涉及更多的处理过程,但考虑到它所达到的重量强度,结果是不可否认的。核心材料也可以从更重的,

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