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复合材料铺层设计 Revised as of 23 November 2020 复合材料铺层设计 复合材料制件最基本的单元是铺层。铺层是复合材料制件中的一层单向带或织物形成 的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材料铺层层合压制而成的复合材料板 材称为层合板。复合材料层压结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层设计要素组 成的层合板。 本章主要介绍由高性能连续纤维与树脂基体材料构成的层合结构和夹层结构设计的基 本原理和方法，也介绍复合材料结构在导弹结构中的应用。 一、层合板及其表示方法 (1) 铺层及其方向的表示 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ表示。所谓铺向角 （铺层角） （2）层合板的表示方法 二、单层复合材料的力学性能 单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。由于单层很薄，一般 仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态。单层在材料主轴坐标系中通常 、 只与该点处的正应力 是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变ε ε 1 2 σ 、 有关，而与剪应力 无关；同时，该点处剪应变γ 也仅与剪应力 有关， σ τ τ 1 2 12 12 12 而与正应力无关。 和 、主泊松比ν 、纵横剪切弹性 材料工程常数共 9个：纵向和横向弹性模量Ε1 Ε2 12 、 ，横向拉伸与压缩强 模量 G ，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度X X 12 1 2 、 ，纵横剪切强度 S共五个强度参数。这9个工程常数是通过单向层合板的 度Y Y 1 2 单轴试验确定的。通常情况下，单层力学性能有明显的方向性，与增强纤维的方向密 ，XY；而且拉伸与压缩强度不相等，即 ≠ ， ≠ ；纵 切相关，即Ε Ε X X Y Y 1 2 1 2 1 2 横剪切性能与拉伸、压缩性能无关，即 S 与 X 、Y 无关。 由于单层复合材料是复合材料的基础，故往往用它的性能来说明复合材料的性能。但 应当指出：单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能。一般说，实际使用 的层合复合材料性能要低于单向复合材料的纵向性能。复合材料的性能与材料中含有 的纤维数量有很大的关系，所以在规定性能数据时，一般还应给定材料所含的纤维 量，通常用纤维所占的体积百分比V 来表示。V 称为纤维体积分数或纤维体积含量， 其值通常控制在 60%左右。 三、复合材料结构的制造与成形工艺 （1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围 （2）常用的成形工艺方法 1）热压罐成形 2）真空袋成形法 3）软模成形法 4）缠绕法成形 5) 树脂转移模塑成形法（RTM） 这是一种可不采用预浸料，并在很大程度上不采用热压罐的成形方法。RTM 的成形 工艺首先用编织、缝纫或胶粘等方法将增强纤维或织物按结构设计要求制成预成形 件，将其置于四周严格密封的模具中，尔后注入树脂。树脂在模腔内流动并浸渍预成 形件，随着树脂固化，制成复合材料结构。树脂的引入可以通过树脂注射法、树脂反 应性注射法、弥撒树脂粉末法 6）树脂膜熔浸成形（RFI）工艺 （3）复合材料结构件的机械加工 成形脱模的复合材料结构件,因为工艺与装配的原因需要在零件上开口或进行边缘切