碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(碳纖維構(gòu)件)

林芝加固改造設(shè)計(jì)公司 1周前 ( 03-26 02:15 ) 7316 搶沙發(fā)

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及碳纖維構(gòu)件對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn),，希望對(duì)各位有所幫助,，不要忘了收藏本站喔，本文目錄一覽：,，1,、，碳纖維復(fù)合材料在衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)中的鋪層設(shè)計(jì),，2,、，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),，3,、，碳纖維截面與力矩剪切力的關(guān)系,，4,、，什么是碳纖維0度和90度鋪層,，5,、，碳纖維有什么優(yōu)缺點(diǎn),，可以應(yīng)用到什么領(lǐng)域,？

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本文目錄一覽：

1、碳纖維復(fù)合材料在衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)中的鋪層設(shè)計(jì)
2,、碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
3,、碳纖維截面與力矩剪切力的關(guān)系
4,、什么是碳纖維0度和90度鋪層
5,、碳纖維有什么優(yōu)缺點(diǎn),，可以應(yīng)用到什么領(lǐng)域,？
6、房屋結(jié)構(gòu)梁碳纖維加固設(shè)計(jì)U型箍寬度應(yīng)為多少

碳纖維復(fù)合材料在衛(wèi)星天線結(jié)構(gòu)中的鋪層設(shè)計(jì)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展,，寬頻段,、高增益、大口徑的天線在航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,。眾所周知,，衛(wèi)星對(duì)質(zhì)量非常敏感而太空環(huán)境十分惡劣溫度變化劇烈，因此需要尋找合適的材料來(lái)降低天線的質(zhì)量,，以便提高這些天線的環(huán)境適應(yīng)能力,。

碳纖維復(fù)合材料是以樹(shù)脂為基體、碳纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料具有質(zhì)量輕,、模量高,、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。碳纖維本身具有導(dǎo)電性,，在一定的頻率范圍內(nèi)能夠完成天線電磁波的發(fā)射或接收,，能夠承受住一定的功率。因此用碳纖維復(fù)合材料制作的天線不僅能保證天線的電性能,，而且質(zhì)量輕,、比強(qiáng)度高、抗沖擊振動(dòng)能力強(qiáng),，能承受高低溫循環(huán),、熱真空等嚴(yán)酷的環(huán)境的考驗(yàn)。

碳纖維復(fù)合材料是一種各向異性材料,，沿纖維軸方向和垂直于纖維軸方向的電磁,、熱、力學(xué)性能都有明顯的差別,。這樣的各向異性給設(shè)計(jì)帶來(lái)了更多可選擇性,，研發(fā)人員可以通過(guò)合適的鋪層方向和層數(shù)來(lái)滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和其他特殊要求，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了巨大的設(shè)計(jì)空間,，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的金屬材料不能比擬的,。

碳纖維復(fù)合材料中的碳纖維和樹(shù)脂的性能差別很大，碳纖維絲束各向異性軸向和徑向性能相差很大,，而樹(shù)脂在固化過(guò)程中收縮較大,。因此合理的鋪層設(shè)計(jì)是碳纖維復(fù)合材料天線取得較佳的機(jī)械性能和電性能的關(guān)鍵因素。

由于碳纖維軸向和徑向的熱膨脹系數(shù)相差較大,，因此只有采用準(zhǔn)各向同性對(duì)稱(chēng)鋪層,，并利用高模量纖維軸向熱膨脹系數(shù)為負(fù)值，來(lái)抵消徑向較大的熱膨脹系數(shù),，才能使各向熱膨脹系數(shù)接近“零”,，以此保證星載天線在高低溫變化劇烈的太空環(huán)境中保持穩(wěn)定的型面精度。

在碳纖維鋪層設(shè)計(jì)中盡量減少纖維斷口和搭接,，同時(shí)保證纖維鋪放有序,，重點(diǎn)保證鋪層的對(duì)稱(chēng)性，以減少翹曲變形來(lái)提高天線部件的精度,。由于碳纖維材料嚴(yán)重的各向異性,，在平面內(nèi)會(huì)產(chǎn)生特殊的拉剪耦合效應(yīng)，因此除了采用0 ,、90 的正交鋪層外應(yīng)盡量采用 θ 方式的鋪層設(shè)計(jì)使纖維方向在分層的平面內(nèi)均勻分布,。

碳纖維復(fù)合材料面天線的電性能指標(biāo)主要取決于面天線內(nèi)表層材料的導(dǎo)電性。因此面天線內(nèi)表層材料優(yōu)選M系列高模量的碳纖維,，以保證天線較低的駐波和較高的增益指標(biāo),。其余增強(qiáng)層選強(qiáng)度較高、價(jià)格相對(duì)便宜的T系列碳纖維,。將高模量的M系列和高強(qiáng)度的T系列碳纖維組合使用,，在天線的電性能、剛強(qiáng)度,、價(jià)格等方面進(jìn)行折中以滿(mǎn)足工程應(yīng)用要求,。

碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)最早通過(guò)的規(guī)范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，其編號(hào)為CECS146：2003, 已經(jīng)被最新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》代替,其編號(hào)為GB 50367-2006. 碳纖維加固最近的國(guó)標(biāo)是《結(jié)構(gòu)加固修復(fù)用碳纖維片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日起執(zhí)行,。《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面,，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎,、抗剪）承載能力,，由此而達(dá)到對(duì)建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的,。

碳纖維增強(qiáng)聚合物（CARBON FIBRE REINFORCED POLY-MER簡(jiǎn)稱(chēng)CFRP,，也稱(chēng)為碳纖維增強(qiáng)塑料）是由環(huán)氧樹(shù)脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的,。使用碳纖維布加固具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：A、強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍）,，效果好,；B、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性,；C,、自重輕（約200G/`M^2`），基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸,；柔性好,，易于裁剪，適用范圍廣,；D、施工簡(jiǎn)便（不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料）,，易于操作,，經(jīng)濟(jì)性好；E,、施工工期短（本工程實(shí)例僅用一周）,；因此，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng),。

碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型,，各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁,、板,、柱、屋架,、橋墩,、橋梁、筒體,、殼體等結(jié)構(gòu),，要求基層混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不低于C15即可；另外,，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固,。

可以使用加固材料即用改性環(huán)氧樹(shù)脂粘貼各種符合國(guó)標(biāo)GB50367-2006規(guī)定的碳纖維單向織物布復(fù)合材,S玻璃布,(玄武巖布),E玻璃纖維單向織物布及GB/T221491-2008規(guī)定的芳綸布,芳玻韌布復(fù)合材

它具有粘貼鋼板相似的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐腐濁,、耐潮濕,、幾乎不增加結(jié)構(gòu)自重、耐用,、維護(hù)費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn),，但需要專(zhuān)門(mén)的防火處理,，適用于各種受力性質(zhì)的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件和一般構(gòu)筑物。

碳纖維截面與力矩剪切力的關(guān)系

碳纖維布用于橋梁加固時(shí),，可對(duì)承受彎矩和剪力的構(gòu)件的正截面承載力進(jìn)行加固,，增強(qiáng)斜截面的承載力，加強(qiáng)截面的剪力,。此外,，碳纖維布也可用于加強(qiáng)壓桿。

(1)加強(qiáng)前截面承載力

用碳纖維布加固受彎構(gòu)件的前截面承載力時(shí),，一般采用圖中所示的粘貼法,。

在橫梁底部粘貼一層或幾層碳纖維布，其橫截面如圖所示,。如有可能,，應(yīng)將碳纖維布粘貼到圖中的U形橫截面中，這樣才能進(jìn)一步提高橫截面前橫截面的承載能力,。根據(jù)“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則”中前截面承載力的計(jì)算方法,，可以定量計(jì)算粘貼層數(shù)。計(jì)算中仍采用平截面的假設(shè),，適當(dāng)考慮碳纖維布強(qiáng)度的降低(一般碳纖維的強(qiáng)度不能充分利用),，建議取其強(qiáng)度的60%。

(2)加強(qiáng)斜截面的彎曲抗力和截面的剪切力,。

當(dāng)碳纖維布用于增強(qiáng)斜截面的抗彎性能或提高截面的抗剪性能時(shí),，一般采用圖中所示的粘貼法。將碳纖維布切成條狀,，粘貼在橫梁的側(cè)面,。粘貼方向應(yīng)與梁的主拉應(yīng)力軌跡一致。這樣,，碳纖維布就能充分發(fā)揮其抗拉強(qiáng)度,，防止混凝土開(kāi)裂，從而提高梁的抗剪性能,。在計(jì)算時(shí),，還可以考慮碳纖維布在“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則”中考慮彎鋼筋抗彎抗剪性能的作用，進(jìn)而確定碳纖維布的用量,。

什么是碳纖維0度和90度鋪層

碳纖維0度和90度鋪層是對(duì)材質(zhì)的一種描述碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，碳纖維制品大部分是采用碳纖維布或預(yù)浸料制作而成碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)論哪種方法碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，對(duì)于碳纖維布的鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)碳纖維工藝過(guò)程中非常重要的一個(gè)步驟,。碳纖維制品由于碳纖維擁有極高的材質(zhì)特性碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因此碳纖維制品的強(qiáng)度大碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，硬度高,，遠(yuǎn)超過(guò)同體積同重量的金屬材質(zhì),。因此，碳纖維制品在航空,、航海,、軍工等高科技工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

碳纖維有什么優(yōu)缺點(diǎn)，可以應(yīng)用到什么領(lǐng)域,？

碳纖維復(fù)合材料在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是在汽車(chē)剎車(chē)片,、汽車(chē)傳動(dòng)軸、緩沖器,、車(chē)身,、汽車(chē)內(nèi)飾以及發(fā)動(dòng)機(jī)零件等，可有效降低汽車(chē)自重并提高汽車(chē)性能,。

1,、成本太高

與鈦合金相比，碳纖維復(fù)合材料車(chē)用部件的價(jià)格有過(guò)之而無(wú)不及,，一些常見(jiàn)碳纖維車(chē)用部件的價(jià)格可能是傳統(tǒng)材料的好幾倍，而較大尺寸的碳纖維車(chē)用部件價(jià)格甚至超過(guò)萬(wàn)元,。這主要是因?yàn)椴糠痔祭w維部件的制作過(guò)程需要很多的手工,，并且報(bào)廢率很高，造成成本的大量上升,。

2,、變形幾乎無(wú)法修復(fù)

這也是碳纖維單體殼車(chē)身無(wú)法大規(guī)模鋪開(kāi)的重要因素。由于碳纖維復(fù)合材料并不具備金屬材料的延展性,，所以一旦出現(xiàn)了由外力導(dǎo)致的形變,，也就意味著碳纖維單體殼車(chē)身內(nèi)部的碳纖維已經(jīng)出現(xiàn)了斷裂或者是層間樹(shù)脂脫層。而斷裂的碳纖維以及脫層的樹(shù)脂是無(wú)論如何也不可能接起來(lái)的,，那么碳纖維單體殼車(chē)身只能報(bào)廢,。相比之下，裂紋還可以補(bǔ)上幾層碳纖維進(jìn)行修復(fù),。

3,、碳纖維單體殼車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜

一般來(lái)說(shuō)，框架式的車(chē)身在設(shè)計(jì)時(shí),，只需要對(duì)車(chē)身整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，因?yàn)榻饘俨牧嫌兄黜?xiàng)同性的材料特性。顧名思義,，各項(xiàng)同性的意思就是指物體內(nèi)部的物理,、化學(xué)等性質(zhì)不會(huì)因?yàn)榉较虻牟煌兴兓?，即某一物體在不同的方向所測(cè)出的性能數(shù)值完全相同。就比如說(shuō)同一塊鋼板,，性能放在哪都是一樣的,。那么在設(shè)計(jì)過(guò)程中，金屬材料只需要考慮一個(gè)方向就可以,。以常用的楊氏模量,、泊松比、剪切模量等參數(shù)來(lái)看,，只需要運(yùn)用一次就可以完成計(jì)算,。但是碳纖維復(fù)合材料就不是這么個(gè)情況，碳纖維復(fù)合材料的特性是各項(xiàng)異性,。

4,、碳纖維材料的壽命短

當(dāng)然碳纖維本身是沒(méi)有問(wèn)題的，問(wèn)題是出在作為復(fù)合材料基體樹(shù)脂上,。樹(shù)脂的耐久性要弱于金屬,。光老化、高低溫,、酸堿性都會(huì)加速其老化過(guò)程,，繼而產(chǎn)生發(fā)黃、龜裂,、發(fā)脆等問(wèn)題,。這個(gè)道理和咱們總會(huì)遇到的普通塑料零件的老化是一樣的。