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              复合材料专业知识:一文简要了解纤维方向如何影响复合材料管材和板材力学性能

              2022-12-14 来源:碳纤维及基复合材料技术作者:钱 鑫 博士 浏览数:2263

              在这篇文章中,将会向大家介绍纤维方向如何影响碳纤维和玻璃纤维管材的性能;特定特性通常是特定应用的理想选择。在本文结束时,你将会了解如何为自己的目标产品选择正确的纤维方向。

                当你仔细观察一段碳纤维或玻璃纤维管或板材,就会发现纤维并不总是一致的,复合材料管材和板材制造商会根据他们想要完成的成品,而使用具有不同方向的纤维。
                
                在这篇文章中,将会向大家介绍纤维方向如何影响碳纤维和玻璃纤维管材的性能;特定特性通常是特定应用的理想选择。在本文结束时,你将会了解如何为自己的目标产品选择正确的纤维方向。
                
                最常用的三种纤维取向
                
                纤维的取向可以在0°到180°之间的任一方向上定向,尽管纤维取向超过90°通常被称为负角度值,例如135°纤维角度等于-45°角度。目前市场上的大多数碳纤维和玻璃纤维管都采用了两种或多种方向的组合:
                
                0°—零度纤维角度是最常用的方向。当纤维与载荷方向一致时,它们是最强和最硬的。在管道上,零度方向沿管道长度方向,有助于弯曲刚度和强度。
                
                90°—当需要双向弯曲时,会使用90°纤维角。在管中,90度纤维沿管的圆周定向。它们有助于防止管子在加载时压碎或弯曲。
                
                ±45°—45度角通常与零度和90度层结合使用,以形成准各向同性铺层。正45度层几乎总是与负45度层相邻。在管上使用时,45度的层有助于扭转刚度和强度。
                机织纤维通常被称为具有0/90度的纤维角度,因为在两个方向上都有纤维。一些编织材料可以包含更多的纤维方向,例如三轴织物在三个方向上具有纤维,并且通常自身是准各向同性的。
                
                纤维取向对性能的影响
                
                碳纤维或玻璃纤维铺层材料的纤维取向影响着其从管子到太空船等各种材料的性能。加工商在设计过程中必须考虑这些特性。下面我们将解释三种常见的纤维取向是如何影响性能:
                
                0°方位:如果一个部件只在一个方向上加载,那么理想的情况是所有的纤维都朝着那个方向。拉挤杆和管材是只包含0°纤维的零部件示例。由于大多数零件并非仅在一个方向上加载,需要添加其他角度以最大化强度。一个只看到弯曲而没有扭曲的管子仍然可能从一些额外的纤维角度中受益。添加90°层有助于管更好地保持其形状,从而不会过早弯曲。
                
                90°方位:如上所述,通常在管道中添加90°层,使其更耐弯曲和挤压。压力容器中也可以发现高比例的90°或“箍”层。由于力是试图扩大压力容器中的管道,因此90°层抵抗力最好。当90°层与板中的0°层结合使用时称为双向。使用编织布可以很容易地在0°和90°方向上快速构建零件。
                
                ±45°方位:45°层根据应用的不同而有不同的用途。你几乎总是会看到+45°与-45°层相邻,这是为了保持层压板“平衡”,避免在加载时发生强力扭转。当45°层用于已经包含0°和90°层的等量混合的板时,该板变为准各向同性。双向板在两个方向上具有相等的性质,而准各向同性板在任何方向上具有准相等的性质。在管中,45°层起到增加扭转强度和刚度的作用。这是因为当管子被扭曲时,作用在层压材料上的力实际上是45度。一些层压板将使用45°以外的角度作为弯曲、压碎和扭转性能之间的折衷。由于0°层不可能在纤维缠绕管上使用,因此通常使用10°或15°层来代替。

              选择正确的纤维方向
                
                现在,你应该大体了解了每种纤维取向是如何影响性能的,就可以选择正确的铺层。如果你需要一个在各种条件下都能工作的管子,双向叠层是理想的选择。
                
                如果你需要一个在扭转方面表现良好的管子,选择一个具有更多45°层的产品;而如果你需要快速增加厚度,编织材料则是一个不错的选择。

              标签:

              风电
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              阅读下文 >> 新能源工程总承包建设模式研究与应用

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