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關于淺析復合材料構件的結構設計的論文
引言
復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料，具有重量輕、強度高、加工成型方便等優點，在航空航天、汽車等對重量敏感的行業具有廣闊的發展前景。但復合材料的材料性能對加工工藝很敏感，并受加強纖維方向影響形成各向異性的材料性能特性。這就給復合材料構件的設計帶來了挑戰，不能照搬傳統金屬材料的設計方法和理念。下面就復合材料構件的結構設計，按照設計流程，從結構方案設計，結構強度設計，材料成型工藝和試驗驗證等方面進行分析。
1 復合材料零件的結構方案設計
復合材料構件的結構方案設計與金屬材料有較大不同，復合材料構件的結構應盡量圓滑過渡，避免翻邊等型面曲率劇烈變化的結構。由于復合材料的連接主要采用膠結的方式，因此在零組件設計方面，應盡量減少零件數，推薦采用一次成型的加工方案。在關重部位的連接方式上盡量采用預埋金屬連接件的方案。
2 結構強度設計
隨著有限元設計等先進結構強度設計方式的發展，現代構件的設計從驗證設計開始向預測設計轉變，傳統金屬材料的結構強度設計已經趨于成熟，從材料性能、計算流程、校核標準等方面均有章可循，但復合材料構件的結構強度設計目前仍存在一些問題。現階段可以說基本解決了計算流程的問題，材料性能方面也隨著性能實驗和計算軟件平臺的開發逐漸解決，但在校核標準方面尚未形成統一的國家或行業標準和共識。因此在強度設計時需從結構靜強度、剛度、動態特性和結構穩定性方面全方位考慮，并選取較大的安全系數來提高結構可靠性。
3 材料成型工藝
由于復合材料成型過程既是結構形成階段，又是材料性能形成的階段，因此復合材料構件對材料成型工藝提出了較高的要求，既要滿足結構方案中復雜結構一次成型的需求，又要滿足強度設計對材料性能指標的規定，同時對材料成型工藝的穩定性要求也比較苛刻。在此階段，如材料成型工藝攻關不成功，則需降低要求重新進行構件的結構方案和強度設計工作。為減少設計風險，可在初始設計階段參考成熟成型工藝進行設計，當然帶來的損失就是構件重量的增加和構件指標的降低，因此應綜合考慮各方面因素，確定最優化的可行性方案。
4 復合材料構件的試驗驗證
鑒于復合材料組織均勻性差以及分層鋪敷的結構特點，對復合材料構件進行試驗驗證時應重點關注疲勞性能、破損容限等特性，并對材料耐高溫、腐蝕性能進行充分驗證。
5 結論
通過上述分析，可以看出復合材料構件的設計相對難度較大，但由于復合材料自身的優越性及行業設計能力的提升，必將得到更廣泛的應用。
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