[工程科技]复合材料与航空-李延灏.pptVIP

报告人：李延灏 2012.9 内 容 碳纤维增强树脂基复合材料 复合材料的加工 复合材料概述 一 二 三 一 复合材料概述 1 复合材料简介 先进复合材料(Advanced Composite Materials, ACM) ACM的特点： 比强度、比模量高 可设计性强 抗疲劳性能好 耐腐蚀性能优越 便于大面积整体成型等 2 复合材料的分类 ACM B E C D A 陶 瓷 基 树 脂 基 金 属 基 碳 基 其 它 3 纤维增强复合材料 （1） 碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP） （2）玻璃纤维增强复合材料（Glass Fiber Reinforced Plastic, GFRP），主要由SiO2 玻璃熔体制成，某些性能接近于钢，可代替钢使用，故又称“玻璃钢” （3） 硼纤维增强复合材料（Boron Fiber Reinforced Plastic, BFRP），应用起步稍晚，性能与CFRP 接近。基体为树脂。 （4） 芳纶纤维增强复合材料（Kevlar Fiber Reinforced Plastic, KFRP） 在航空、航天等工业中，纤维增强复合材料用得较多，主要有： 4 复合材料的性质 复合材料 密度ρ/(g·cm-3) 抗拉强度σb /GPa 比强度/（m2·s-2） GFRP 2.0 1.04 520 CFRP 1.6 1.5 937 KFRP 2.0 1.75 875 BFRP 1.4 1.4 1000 40CrNiMoA钢 7.8 1.41 181 硬铝 2.8 0.49 175 常用增强材料的性能 纤维或颗粒名称 密度ρ/(g·cm-3) 抗拉强度σb/GPa 弹性模量E/GPa 玻璃纤维（高模量） 2.5-2.6 3.8-4.6 93-108 碳纤维（高模量） 1.75-1.95 2.3-2.9 275-304 芳纶纤维 1.43-1.46 5.0 134 硼纤维 2.5 2.8-3.1 383-392 Al2O3纤维 3.97 2.1 167 SiC纤维 3.18 3.4 412 SiC晶须 3.19 3-14 490 Al2O3颗粒 3.95 0.76 400 SiC颗粒 3.21 1.5 365 5 复合材料在飞机上的应用现状 军用飞机用复合材料现状 机种Aircraft 国家 Country 用量/%Content 应用部位 Composite structure Rafale 法国 40 机翼、垂尾、机身、副翼、方向舵等 JAS-39 瑞典 30 机翼、垂尾、前机身、副翼、方向舵、各种口盖等 F-22 美国 25 机翼壁板、垂尾、机身蒙皮、方向舵、各种口盖等 V-22 美国 45 机翼、机身、发动机悬挂接头、叶片紧固装置等 EF-2000 欧洲四国 50 机翼、垂尾、机身、副翼、方向舵等 S-37 俄罗斯 机翼、进气道、机身、保形外挂架等 F-35 美国 30 机翼、垂尾、机身蒙皮、方向舵、各种口盖等 RAH-66 美国 51 机身蒙皮、舱门、中央龙骨大梁、整流罩、旋翼等 JXⅡ 中国 2 机翼壁板、外翼壁板、主起落护板 JXⅢ 中国 1.7 前机身、垂尾 JX 中国 6 垂尾、副翼、方向舵、鸭翼、腹鳍 Z9 中国 25 旋翼、涵道垂尾、尾桨叶、机身等 民用客机复合材料的用量 机型（Aircraft） 最大起飞质量/t 结构质量/t 复合材料用量/t 图204(150-186座) 93.5 29.4 3.2 伊尔96(187-250座) 230 65 4.02 B-757(200座) 115 1.4 B-767(200-300座) 187 1.5 B-777(350座以上) 230 9.9 A-300（251-350） 165 51 6.2 A-310（187-250座） 150 44.7 6.2 A-320(150-186座) 72 20.8 4.5 A-340(251-350座) 235 76 11 A-380(550-990座) 560 275 60.5 二 碳纤维增强树脂基复合材料 1 碳纤维简介 日本东丽 三菱人造丝 东邦耐克丝 德国西格里（SGL） 美国赫氏