复合材料常见的铺层角度
复合材料常见的铺层角度
复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的材料，在现代工程领
域中得到广泛应用。其中，铺层角度是在制作复合材料时需要考虑的
重要因素之一。不同的铺层角度可以影响复合材料的性能和力学行为。本文将深入探讨复合材料常见的铺层角度，并分析其对材料性能的影响。
一、铺层角度的基本概念
铺层角度指的是复合材料中纤维层的相对排列角度。在制作复合材料时，可以选择纤维层与基材平行（0°角）或垂直（90°角）排列，也可以选择其他角度。不同的铺层角度会影响复合材料的力学性能和性质。
二、常见的铺层角度
1. 0°角：0°角是指纤维层与基材平行排列。这种铺层角度可以使材料
在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的强度和韧性相对
较低。0°角的复合材料适用于需要高强度和刚度的应用，例如航空航
天领域的部件制造。
2. 90°角：90°角是指纤维层与基材垂直排列。这种铺层角度可以使材
料在横向上具有较高的强度和韧性，但在拉伸方向上的强度和刚度相
对较低。90°角的复合材料适用于需要高韧性和抗冲击性能的应用，例如汽车制造中的车身部件。
3. 45°角：45°角是指纤维层与基材成45°角排列。这种铺层角度可以在拉伸和横向受力情况下都具有较好的强度和韧性。45°角的复合材料适用于需要兼顾强度和韧性的应用，例如体育用品的制造。
4. 其他角度：除了0°角、90°角和45°角外，还可以选择其他角度来铺设纤维层。通过选择不同的铺层角度，可以调整复合材料的性能，以满足特定的工程要求。
三、铺层角度对性能的影响
铺层角度的选择会对复合材料的性能产生重要影响。不同的铺层角度会改变复合材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命等性能。具体来说：1. 0°角的复合材料在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的性能较差。适合承受拉伸应力的结构。
2. 90°角的复合材料在横向上具有较高的强度和韧性，适合承受弯曲和剪切等横向应力的结构。
3. 45°角的复合材料能够在拉伸和横向受力情况下都具有较好的性能，适合多种综合应力情况下的结构。
四、个人观点和理解
铺层角度的选择在复合材料的设计和制造中非常重要。通过合理选择铺层角度，可以使复合材料具有更好的力学性能和综合性能。不同的应用领域和工程需求需要考虑不同的铺层角度，以实现最佳的性能匹配。在实际工程中，需要综合考虑各种因素，如强度、刚度、韧性、成本等，来选择最合适的铺层角度。
总结和回顾：
本文全面介绍了复合材料常见的铺层角度，分析了不同铺层角度的特点和影响。0°角、90°角和45°角是最常见的铺层角度，它们分别适用于不同的应用场景。铺层角度对复合材料的性能具有重要影响，合理选择铺层角度对于优化材料性能具有关键作用。在实际应用中，我们需要综合考虑各种因素，以满足特定工程需求。复合材料技术的发展将进一步推动铺层角度的研究和应用，使复合材料具有更广泛的应用前景。
参考文献：
[1] 涂若兰, 徐娟娟, 陈利平. 复合材料铺层角度的影响及优化分析[J]. 黑龙江大学自然科学学报, 2018, 35(1): 38-42.
[2] Bottega W J, Economy J. Effect of ply orientation on the compressive strength of carbon/epoxy composites[J]. Journal of Reinforced Plastics & Composites, 2019, 24(13): 1401-1414.铺层角度是复合材料制备过程中需要考虑的一个重要因素，不同的铺层角度适用于不同的应用场景，对于材料的性能具有重要影响。合理选择铺层角度对于优化材料性能是非常关键的。本文将继续探讨铺层角度对复合材料性能的影响以及在实际应用中的综合考虑。
在复合材料制备中，常见的铺层角度有0°、45°和90°等。这些角度适用于不同的应用场景，对复合材料的性能具有不同的影响。
0°铺层角度指纤维方向与复合材料的加载方向平行。这样的铺层角度可以充分利用纤维的高强度和刚度，使复合材料在拉伸方向上具有较高的强度和刚度。0°铺层角度常用于要求高拉伸性能的应用，如飞机的翼桁、梁等部件。
45°铺层角度指纤维方向与复合材料的加载方向呈45°角。这样的铺层角度可以将拉伸载荷转化为纤维的剪切载荷，使得复合材料在这个方向上具有较高的韧性。45°铺层角度常用于要求高韧性和抗剪切性能的应用，如车辆的车身结构和船舶的船体结构。
90°铺层角度指纤维方向与复合材料的加载方向垂直。这样的铺层角度可以使复合材料在压缩方向上具有较高的强度和刚度，同时具有较好的抗剪强度。90°铺层角度常用于要求高压缩性能和剪切性能的应用，如建筑结构的柱子和梁等。
在实际应用中，我们需要综合考虑各种因素来选择合适的铺层角度，以满足特定的工程需求。除了考虑力学性能外，还需要考虑经济性、制备工艺以及可行性等因素。在飞机制造中，为了满足轻量化和高强度的要求，常常采用不同的铺层角度组合，以实现优化设计。
随着复合材料技术的发展，对铺层角度的研究和应用将得到进一步推动。新的材料和制备工艺的开发将为铺层角度的选择提供更多的可能
性，并使复合材料具有更广泛的应用前景。
合理选择铺层角度对于优化复合材料的性能至关重要。不同的铺层角度适用于不同的应用场景，可以实现对拉伸性能、韧性、压缩性能和剪切性能等方面的优化。在实际应用中，需要综合考虑力学性能、经济性、制备工艺和可行性等因素，以满足特定工程需求。随着复合材料技术的发展，对铺层角度的研究和应用将不断深入，为复合材料的应用提供更多可能性。
复合材料铺层设计准则的一些理解
复合材料铺层设计准则的一些理解 摘要：该文介绍了复合材料飞机结构铺层设计的一些常用设计准则，特别针对最重要的对称性和均衡性设计准则，基于经典层合板理论进行了分析，同时对其它一些准则也作了一定的解释。 关键词：复合材料飞机结构铺层设计准则层合板理论 自20世纪70年代以来,现代复合材料凭借着优良的比刚度和比强度及其它的特性，如良好的疲劳性能等,在航空结构上得到了越来越多的应用,例如最新的波音B787以及空客A350XWB,在机翼和机身等主结构中大量地使用了复合材料。 复合材料有多种结构形式，其中以层合板（主结构的蒙皮，大梁，肋板，以及加强筋等）和蜂窝结构（一些次结构件的蒙皮结构等）最为常见。针对层合板的结构形式，参考[1]中给出了一些设计准则。本文引用了一些常用的铺层设计准则并结合自身设计经验以及一些参考文献进行了理解说明，尤其是对于最常用的对称性和均衡性准则，基于经典层合板理论进行了较详细的解释，对复合材料结构的铺层设计具有一定的参考意义。本文介绍的复合材料铺层采用的是常用的（0°/45°/-45°/90°）四个方向的铺层。 1 层合板铺层设计准则 复合材料飞机结构铺层设计的一些常用设计准则有如下几点。
（1）层合板整体铺层须对称于中性面同时须遵循均衡性原则，即每一个+45°铺层对应一个-45°铺层。这是为了避免出现拉弯扭耦合，防止加工过程中出现翘曲变形。下一章将对这一准则从理论上进行较详细的解释。 （2）四个方向铺层，保证任一方向至少有10％的铺层比例（有些文献上要求至少8％）。这个准则有多方面考虑：首先是考虑垂直于主受力方向的泊松效应以及其它载荷直接作用在基体上，其次是损伤容限的考虑，另外还要考虑到将来有可能需对螺栓连接进行修补。 （3）在螺栓连接区域，±45°铺层应至少占40％，这样做主要是为了最大化挤压强度（考虑打孔时对铺层的破坏）。 （4）尽量将不同的铺层角度均匀分布在整个铺层厚度中，避免相同角度铺层连续铺设。这个准则是为了避免出现应力集中和内部微裂纹。 （5）表面铺层应当连续并且采用±45°铺层，这样做主要是考虑到±45°铺层有良好的损伤容限特性。 （6）相邻铺层方向应当小于60°，这样做是为了减小层间剪力，避免出现疲劳问题。 （7）对于二次固化的铺层，靠近固化位置的铺层应当避免垂直于受力方向，这是为了增强连接强度。
复材铺层
1前言 复合材料因其高比强度、高比刚度、良好的抗疲劳性和材料铺层可设计性等优异特性，广泛应用于航天航空领域。在使用中，复合材料往往要同复合材料或金属材料连接起来。机械连接是最常见的连接方法。螺栓连接因传递载荷大在承力结构中得到广泛应用，但连接处往往是结构的薄弱环节，承载时最先破坏。因此，对螺栓连接的失效模式及连接强度进行研究很有意义。 纤维复合材料机械连接强度及破坏模式与接头的几何参数、纤维种类及铺层方向等多种因素有关，很多专家和学者对此进行了广泛的实验研究和理论分析[1~8]，得出了很多指导性的结论。普遍认为连接强度随W/D和E/D的增大而增大，但当W/D 和E/D增大到某一临界值后，其破坏模式由拉伸破坏或剪切破坏转变为挤压破坏时，再增加W/D和E/D对连接强度的提高没有明显作用。 现有的研究大多针对纤维复合材料，而对织物复合材料研究的较少。织物复合材料与纤维铺层复合材料结构及性能不同，连接设计的最佳参数也不相同。Bülent[9]研究了玻璃织物和铝箔混杂铺层复合材料销钉连接挤压强度；刘建超[10]等人实验研究了碳纤维织物复合材料销钉连接接头几何参数对连接性能的影响；Buket[11]等人对销钉连接玻璃纤维织物／环氧层合板的破坏强度进行了研究。本工作针对玻璃纤维织物复合材料螺栓连
接结构，研究了W/D及E/D对螺栓连接强度的影响，并分析了螺栓连接的破坏模式，找出使连接强度最佳的W／D和E/D临界值，为织物复合材料的结构设计及后续研究奠定了一定基础。2实验 2.1原材料 实验采用原材料为增强材料，2×2斜纹高强玻璃纤维布，面密度230g／m2，厚度0.22mm，南京玻纤院生产；树脂基体，环氧树脂体系。 2.2试样制备 复合材料层合板制作采用织物预浸布模压成型。玻璃布通过多功能浸胶机预浸胶，制作成预浸玻璃布，裁剪后在压制平板上铺设，铺设时各层织物经／纬向严格排布，铺设到要求厚度后，在热压机上热压成型。固化制度为RT70℃/3h 100℃/3h 120℃／3h 160℃/6h自然降温，成型压力为4~5MPa。固化后的层板厚度为4mm，树脂含量为38%（质量分数）。板形件脱模后按相关标准进行机加，制作试样。玻璃布层合板的力学性能见表1。
复合材料铺层一般原则
复合材料铺层一般原则 一．层合板设计的一般原则 （1）均衡对称铺设原则 除了特殊需要外，结构一般均设计成均衡对称层合板形式，以避免拉-剪、拉-弯耦合而引起固化后的翘曲变形。如果设计需要采用非对称或非均衡铺层，应考虑工艺变形限制。将非对称和非均衡铺层靠近中面，可减小层合板工艺变形。 （2）铺层定向原则 在满足受力的情况下，铺层方向数应尽量少，以简化设计和施工的工作量。一般多选择0°、90°和±45°等4种铺层方向。如果需要设计成准各向同性层合板，可采用或层合板。对于采用缠绕成形工艺制造的结构，铺层角（缠绕角）不受上述角度的限制，但一般采用缠绕角。 （3）铺层取向按承载选取原则 铺层的纤维轴向应与内力的拉压方向一致，以最大限度利用纤维轴向的高性能。具体地说，如果承受单轴向拉伸或压缩载荷，纤维铺设方向一致；如果承受双轴向拉伸或压缩载荷，纤维方向按受载方向0°、90°正交铺设；如果承受剪切载荷，纤维方向按+45°、-45°成对铺设；如果承受拉伸（或压缩）和剪切的复合载荷情况，则纤维方向应按0°、90°、+45°、-45°多向铺设。90°方向纤维用以改善横向强度，并调节层合板的泊松比。 （4）铺设顺序原则 主要从三方面考虑：应使各定向单层尽量沿层合板厚度均匀分布，避免将同一铺层角的铺层集中放置。如果不得不使用时，一般不超过4层，以减少两种定向层的开裂和边缘分层。如果层合板中含有±45°层、0°层和90°层，应尽量在+45°层和-45°层之间用0°层或90°层隔开，在0°层和90°层之间用+45°层或-45°层隔开，并应避免将90°层成组铺放，以降低层间应力。对于暴露在外的层合板，在表面铺设织物或±45°层，将具有较好的使用维护性，也可以改善层合板和压缩和抗冲击性能。另外，铺设顺序对层合板稳定性承载能力影响很大，这一因素也应考虑。 （5）铺层最小比例原则
碳纤维复合材料螺旋桨铺层角度研究
碳纤维复合材料螺旋桨铺层角度研究 张建国;岳金;宋春生;张锦光 【摘要】与传统的金属螺旋桨相比，碳纤维复合材料螺旋桨具有低振动、低噪音、轻质高效、耐海水腐蚀和易维修等特点。然而由于复合材料各向异性，碳纤维复合材料螺旋桨铺层角度对其性能有较大影响，因此，首先在Fluent中对螺旋桨进行 桨叶压力分析，得到在设计工况下螺旋桨桨叶表面压力；其次对碳纤维复合材料螺旋桨进行铺层设计，得到了几种铺层方案，求解分析得到了铺层角度与碳纤维复合材料螺旋桨桨叶最大位移的关系；最后考虑到螺旋桨几何特征，对设计铺层方案的主铺层角进行了修正，修正作用使桨叶变形范围更大，为复合材料螺旋桨铺层角度设计提供了参考。%Compared with traditional metal propellers , carbon fiber composite propellers are of low vibration , low noise, light and efficient , resistant to seawater corrosion , and easy to maintain .Because of anisotropy characteristics of composite materials , ply angles of carbon fiber composite propellers have a greater impact on its performance .Firstly, blade stress analysis was taken in Fluent and propeller surface stress was gained in the design conditions .And then, ply angle design of carbon fiber composite propellers was conducted; the relations between ply angle and carbon fiber composite propeller blades maximum displacement were obtained;and finally taking the geometric characteristics of the propeller into account , the ply angle was modified .It can provide a reference for the ply angle design of composite propeller .【期刊名称】《武汉理工大学学报（信息与管理工程版）》
lsdyna复合材料铺层定义
lsdyna复合材料铺层定义 1.引言 在工程领域中，复合材料广泛应用于各种结构和部件中，以提供更好 的性能和轻量化的设计。为了准确描述和模拟复合材料在力学行为和应力 分析方面的性能，需要定义复合材料的铺层结构。本文将介绍如何在 l s dy na中定义复合材料的铺层结构。 2. ls dyna复合材料铺层定义流程 l s dy na是一种广泛用于有限元分析的软件工具，它允许我们对复合材 料进行详细的建模和分析。下面将详细介绍在ls dy na中定义复合材料铺 层的步骤。 2.1创建材料定义文件 首先，我们需要创建一个材料定义文件，其中包含复合材料的层厚度、材料属性等信息。这个文件是ls dy na中定义复合材料铺层的基础。 2.2定义铺层结构 在材料定义文件中，我们可以按照需要定义不同层的厚度、材料属性 和层间粘结性能。通过控制每层的材料属性和顺序，我们可以模拟复合材 料在力学行为上的性能。 2.3模拟加载条件 接下来，我们需要定义加载条件，在l sdy n a中模拟复合材料的加载 过程。这包括定义施加在复合材料上的载荷和边界条件，以及模拟实际使 用环境中的温度和湿度等因素。 2.4运行仿真分析 一切准备就绪后，我们可以运行l sd yn a的仿真分析来模拟复合材料 的行为。根据定义的材料属性、层厚度和加载条件，l sd yn a将计算复合 材料在不同加载情况下的应力、变形和破坏行为。
3. ls dyna复合材料铺层定义的应用 l s dy na的复合材料铺层定义广泛应用于航空航天、汽车、船舶和建筑 等领域中。通过准确描述复合材料的铺层结构，可以帮助工程师分析和优化复合材料结构的性能。 在航空航天领域，ls d yn a的复合材料铺层定义可以用于飞机结构的设 计和分析。通过模拟不同的载荷情况和材料特性，可以评估飞机复合材料结构的强度和刚度，从而提高设计效率和飞行安全性。 在汽车领域，复合材料的应用越来越广泛。通过l sd yn a的复合材料 铺层定义，可以分析汽车车身和零部件的刚度、轻量化设计和碰撞安全等方面的性能，为汽车制造商提供更好的产品设计和改进方向。 此外，在船舶和建筑领域中，复合材料的应用也在不断增长。通过 l s dy na的复合材料铺层定义，可以对船舶结构和建筑材料进行强度和刚 度分析，以满足不同的工程需求和提高结构的耐久性。 4.总结 本文介绍了在ls dy na中定义复合材料铺层的流程和应用。通过准确 描述复合材料的层厚度、材料属性和加载条件，l sd yn a可以模拟复合材 料在不同工况下的应力和变形行为，为工程师提供性能分析和优化的基础。 l s dy na的复合材料铺层定义在航空航天、汽车、船舶和建筑等领域中 有着广泛的应用。它可以帮助工程师分析和改进复合材料结构的性能，从而提高产品的设计效率和安全性。 通过不断的研究和实践，ls dy na的复合材料铺层定义将在未来的工程 领域中发挥更重要的作用，为各行各业的工程师提供更准确、高效的分析和设计工具。
复合材料常见的铺层角度
复合材料常见的铺层角度 复合材料是由两种或更多种不同材料组合而成的材料，在现代工程领 域中得到广泛应用。其中，铺层角度是在制作复合材料时需要考虑的 重要因素之一。不同的铺层角度可以影响复合材料的性能和力学行为。本文将深入探讨复合材料常见的铺层角度，并分析其对材料性能的影响。 一、铺层角度的基本概念 铺层角度指的是复合材料中纤维层的相对排列角度。在制作复合材料时，可以选择纤维层与基材平行（0°角）或垂直（90°角）排列，也可以选择其他角度。不同的铺层角度会影响复合材料的力学性能和性质。 二、常见的铺层角度 1. 0°角：0°角是指纤维层与基材平行排列。这种铺层角度可以使材料 在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的强度和韧性相对 较低。0°角的复合材料适用于需要高强度和刚度的应用，例如航空航 天领域的部件制造。 2. 90°角：90°角是指纤维层与基材垂直排列。这种铺层角度可以使材 料在横向上具有较高的强度和韧性，但在拉伸方向上的强度和刚度相 对较低。90°角的复合材料适用于需要高韧性和抗冲击性能的应用，例如汽车制造中的车身部件。
3. 45°角：45°角是指纤维层与基材成45°角排列。这种铺层角度可以在拉伸和横向受力情况下都具有较好的强度和韧性。45°角的复合材料适用于需要兼顾强度和韧性的应用，例如体育用品的制造。 4. 其他角度：除了0°角、90°角和45°角外，还可以选择其他角度来铺设纤维层。通过选择不同的铺层角度，可以调整复合材料的性能，以满足特定的工程要求。 三、铺层角度对性能的影响 铺层角度的选择会对复合材料的性能产生重要影响。不同的铺层角度会改变复合材料的强度、刚度、韧性和疲劳寿命等性能。具体来说：1. 0°角的复合材料在拉伸方向上具有很高的强度和刚度，但在横向上的性能较差。适合承受拉伸应力的结构。 2. 90°角的复合材料在横向上具有较高的强度和韧性，适合承受弯曲和剪切等横向应力的结构。 3. 45°角的复合材料能够在拉伸和横向受力情况下都具有较好的性能，适合多种综合应力情况下的结构。 四、个人观点和理解 铺层角度的选择在复合材料的设计和制造中非常重要。通过合理选择铺层角度，可以使复合材料具有更好的力学性能和综合性能。不同的应用领域和工程需求需要考虑不同的铺层角度，以实现最佳的性能匹配。在实际工程中，需要综合考虑各种因素，如强度、刚度、韧性、成本等，来选择最合适的铺层角度。
复合材料铺层表示方法
复合材料铺层表示方法 一、材料类型 表示复合材料铺层时，首先需要明确使用的材料类型。不同的复合材料具有不同的性能，因此选择合适的材料是至关重要的。常见的复合材料类型包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，它们可以单独使用或以不同的组合方式使用。 二、铺层厚度 铺层厚度是复合材料层合板的重要参数，它决定了材料的承载能力和刚度。铺层厚度可以用单层厚度或总厚度来表示。在表示铺层厚度时，应注明各层材料的厚度，以便于理解和分析。 三、铺层方向 铺层方向是指纤维在复合材料中的排列方向。对于层合板，铺层方向决定了其主要性能的取向。通常情况下，应选择与受力方向一致的铺层方向以提高材料的承载能力。不同的铺层方向可以通过角度表示，如0°、90°、±45°等。
四、铺层比例 铺层比例是指各层材料在层合板中所占的比例。通过调整不同材料的铺层比例，可以获得所需的性能组合。例如，通过增加某一方向的铺层数量可以提高该方向的承载能力。 五、铺层顺序 铺层顺序是指层合板中各层的叠加顺序。合理的铺层顺序可以有效地提高材料的性能，并降低缺陷的可能性。通常，应遵循先铺设承载力较小的材料，再铺设承载力较大的材料的顺序。 六、连接方式 复合材料的连接方式包括机械连接和胶接等。机械连接是指通过螺钉、铆钉等将各层材料连接在一起，而胶接则是使用胶粘剂将各层材料粘合在一起。不同的连接方式对材料的性能有一定的影响，应根据实际需求选择合适的连接方式。 七、表面处理 对于某些复合材料，需要进行表面处理以提高其粘附力和耐腐蚀性。
常见的表面处理方法包括打磨、喷砂、涂装等。在进行表面处理时，应选择合适的处理方式并注意保护纤维不受损伤。 八、其他特殊要求 在复合材料的表示方法中，可能还需要考虑其他特殊要求，如热处理、防腐处理、防火处理等。这些特殊要求应根据具体需求和相关标准进行确定和实施。
复合材料铺层设计
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 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很薄，通常约为0.1?0.3mm 。铺层中增强纤维的方向或织物径向纤维方向为材料的主方向（1向：即纵向）；垂直于增强纤维方向或织物的纬向纤维方向为材料的另一个主方向（2向：即横向）。 1 —2坐标系为材料的主坐标系，又称正轴坐标系，x-y 坐标系为设计参考坐 标系，如图10.1.1 所示。 Z正魁标奈和应力W偏轴坐标系和盒力 图10. L. 1精层相料正抽与偏轴坐标来和应力 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）9表示。所谓铺向角（铺层角）就是铺层的纵向与层合板参考坐标X轴之间的夹角，由X轴到纤
维纵向逆时针旋转为正。参考坐标系X-Y 与材料主方向重合则为正轴坐标系。 X-Y方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标系，如图10.1.1 （b）所示。铺层 的正轴应力与偏轴应力也在图10.1.1 中标明。 （2 ）层合板的表示方法 为了满足设计、制造和力学性能分析的需要，必须简明地表示出层合板中各铺层 的方向和层合顺序，故对层合板规定了明确的表示方法，如表10.1.1 所示。
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是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变￡1、32只与该点处的正应力6、（T2有关，而与剪应力T12无关；同时，该点处剪应变丫12 也仅与剪应力T12有关，而与正应力无关。 材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量E1和E、主泊松比V12、纵横剪切弹性模量G12，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度X1、X2，横向拉伸与压缩强度丫1、Y2，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切相关，即E>> E2，X>>Y ；而且拉伸与压缩强度 不相等，即X1MX2，丫1工丫2 ；纵横剪切性能与拉伸、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。
碳纤维的±45°铺层抗剪切原理
一、碳纤维复合材料的概念 碳纤维复合材料是由碳纤维和树脂胶粘剂混合而成的一种复合材料。 碳纤维具有高强度、高模量、低密度和优异的热稳定性等特点，被广 泛应用于航空航天、汽车制造、体育用品等领域。在碳纤维复合材料中，±45°铺层是一种常见的铺层方式，其抗剪切原理具有重要的理论 和应用价值。 二、±45°铺层的特点 在碳纤维复合材料中，±45°铺层是指将碳纤维布以±45°的角度交叉铺设在基体上，然后与树脂固化形成复合材料。相比于其他铺层方式， ±45°铺层具有以下特点： 1. 增强弯曲性能：±45°铺层的交叉角度可以有效地增强碳纤维复合材料的弯曲性能，使其在受力时更加均匀分布，减少应力集中的可能性。 2. 提高剪切强度：由于±45°铺层中的碳纤维布是以斜向交叉铺设的，可以在一定程度上提高碳纤维复合材料的剪切强度，增加其抗剪切性能。 三、±45°铺层的抗剪切原理 在碳纤维复合材料的制备过程中，±45°铺层可以有效地提高复合材料 的抗剪切性能，其原理主要包括以下几个方面： 1. 多向力的作用：由于±45°铺层中的碳纤维布是以±45°的交叉角度铺设的，这样在受到外力作用时，碳纤维布可以有效地承受多向拉伸和 剪切力，从而提高复合材料的抗剪切能力。
2. 纤维方向的变化：在±45°铺层中，碳纤维的方向是多样化的，不仅可以承受沿纤维方向的拉伸力，还可以承受垂直于纤维方向的剪切力，这样可以使复合材料在受力时具有更好的各向力学性能。 四、±45°铺层的应用 由于±45°铺层能够有效提高碳纤维复合材料的抗剪切性能，因此在航 空航天、汽车制造、体育用品等领域有着广泛的应用价值。在实际工 程中，工程师们可以根据具体的使用要求和受力情况，合理选择和设 计±45°铺层结构，以充分发挥碳纤维复合材料的抗剪切性能。 五、结语 在碳纤维复合材料中，±45°铺层作为一种重要的铺层方式，其具有良 好的抗剪切特性，可以有效提高复合材料的耐久性和性能稳定性。深 入研究和理解±45°铺层的抗剪切原理，对于进一步推动碳纤维复合材 料的发展和应用具有重要意义。希望通过本文的介绍，能够为工程师 和科研人员提供一定的参考和指导，促进碳纤维复合材料在各个领域 的更广泛应用。六、±45°铺层的优化设计 在实际应用中，工程师们需要针对具体的工程和材料需求进行±45°铺 层的优化设计，以充分发挥其抗剪切性能。优化设计包括不同纤维角 度的选择、纤维布的材质和厚度等方面。 1. 纤维角度的选择：±45°铺层中的纤维角度对于复合材料的力学性能影响很大，工程师们可以根据具体的受力情况选择最合适的纤维角度。在增强抗剪切性能的可以在±45°铺层的基础上引入其他角度的纤维，
复合材料预浸料铺层 错位要求
复合材料预浸料铺层错位要求 一、概述 复合材料预浸料是近年来广泛应用于航空航天、汽车、船舶和体育器材等领域的一种新型材料。它具有重量轻、强度高、耐腐蚀、设计自由度高等优点，因此备受关注。而在复合材料的制备过程中，预浸料的铺层错位是一个非常重要的环节，直接关系到制品的质量和性能。本文就复合材料预浸料铺层错位要求进行探讨。 二、复合材料预浸料铺层错位的概念 1. 复合材料预浸料 复合材料预浸料是一种预先浸渍树脂的纤维材料，其构成包括纤维和树脂。纤维一般采用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，而树脂则通常为环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等。预浸料在制备过程中具有灵活性高、成型周期短、成本低等优势，因而备受青睐。 2. 铺层错位 铺层错位是指在将多层预浸料覆盖在一起时，各层之间出现的错位现象。错位可以保证复合材料在承载力方面得到充分的利用，从而提高材料的性能。 三、复合材料预浸料铺层错位的原因 1. 制备工艺 制备复合材料时，常采用手工或自动化设备进行预浸料的铺层工作。
在这个过程中，人为因素和机械设备的准确度都可能导致铺层错位的产生。 2. 材料性能 不同类型的纤维和树脂材料具有不同的特性，例如纤维的柔韧性和尺寸稳定性，树脂的粘度和流动性等，这些性能差异也可能导致铺层错位的产生。 3. 外界条件 制备过程中的温湿度条件，工作环境的干净程度等外界条件也可能对铺层错位起到一定的影响。 四、复合材料预浸料铺层错位的影响 1. 成品强度 铺层错位会导致复合材料的强度分布不均匀，使得材料在承受载荷时出现局部应力集中的现象，从而降低材料的整体强度。 2. 表面质量 铺层错位还会在复合材料表面产生起伏不平的区域，导致制品外观质量不佳，甚至可能造成产品的表面缺陷，影响整体美观度。 3. 使用寿命 铺层错位还可能导致复合材料的使用寿命缩短，如局部应力集中可能导致材料的疲劳破坏，降低了产品的可靠性和使用寿命。 五、复合材料预浸料铺层错位的修正方法 1. 工艺改进
纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究
纤维铺层角度对复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性影响研究解江;马骢瑶;霍雨佳;周建;牟浩蕾;冯振宇 【摘要】研究T700/3234复合材料薄壁圆管轴向压溃吸能特性受纤维铺层角度变化的影响规律.开展复合材料力学性能试验和薄壁圆管轴向准静态压溃试验.通过对比圆管轴向压溃峰值载荷及比吸能等指标的试验结果,验证建立的复合材料圆管有限元模型和分析方法.基于验证的有限元分析方法,探讨了复合材料纤维铺层角度的变化对薄壁圆管轴向压溃吸能特性的影响规律.结果表明,在准静态轴向压缩载荷下,随着纤维铺层角度的增大,比吸能先增大后减小;纤维角度为±45°时,初始峰值载荷最低,载荷效率最高,圆管易于进入渐进破坏吸能阶段.研究结果可为复合材料纤维铺层角度设计及复合材料薄壁结构有限元建模提供参考. 【期刊名称】《振动与冲击》 【年(卷),期】2018(037)020 【总页数】7页(P200-206) 【关键词】复合材料薄壁圆管;纤维铺层角度;有限元法;吸能特性;模型验证 【作者】解江;马骢瑶;霍雨佳;周建;牟浩蕾;冯振宇 【作者单位】中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300;中国民航大学民航民用航空器适航审定技术重点实验室,天津300300
【正文语种】中文 【中图分类】V257 由于具有比模量高、比强度大、质量轻及优异的吸能特性等，复合材料自20世纪80年代开始在航空航天领域得到广泛应用[1]。近年来，碳纤维增强树脂基复合材料在民用航空器中的应用比例越来越大，尤其是大量应用到机身这样的主承力结构上，如波音787和空客A350。由于复合材料结构与金属结构在失效模式和坠撞吸能机理上的显著不同，复合材料结构的使用为航空器结构适坠性设计、验证及适航审定带来了极大的技术挑战。 以民用运输类飞机为例，当发生应急着陆或坠撞时，飞机客/货舱地板下部结构能 起到缓冲吸能的作用，以减少传递给机上乘员的载荷并保证客舱结构完整性，从而确保乘员的生命安全[2]。目前民用运输类飞机客/货舱地板下部主要采用重量轻、刚度高的典型薄壁结构，如果突破复合材料的失效吸能机理和设计技术，复合材料薄壁结构具备成为一种高效吸能结构的潜力，从而保证航空器的坠撞安全。2005 年开始，波音公司对B787复合材料机身框段结构进行坠撞分析与设计，并从2007年起，对B787机身结构进行了3次实验：客舱地板下部结构的压缩实验；客舱地板下部结构倒置冲击实验；3 m长的机身下部结构9.14 m/s的坠撞实验。同时，FAA联合华盛顿大学等，针对B787机身下部复合材料缓冲吸能结构也开 展了大量的试验方法、分析方法与吸能结构优化研究[3-6]。为B787下部结构的 适坠性设计提供了重要依据。 与此同时，国内外学术界对薄壁吸能结构的吸能机理及吸能特性也进行了深入研究。Farley[7]通过压溃试验证明复合材料吸能能力是金属材料的5倍～10倍。Kindervater[8]对不同截面形状的复合材料管件吸能特性进行研究，发现方管的比
复合材料拉挤工艺铺层方案
拉挤成型铺层方案 一、材料参数 玻璃纤维无捻粗纱：4800tex； 玻璃纤维毡：450g/m2； 玻璃纤维双/多轴向轴布：450g/m2或750g/m2。 二、铺层方案 我司铺层方案：参考现有的铺层设计方法，综合考虑增强塑钢底板的横向性能与腹板的支撑能力，其铺层方案设计为：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面1.5mm处铺放450g/m2的纤维毡，再铺设无捻粗纱，而后在距离上表面3.5mm处铺放450g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面（各个腹板）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，而后是玻纤无捻粗纱，最中间（据腹板两侧约为2.5mm处）铺放玻璃纤维双轴布。表1给出了本方案的实际排纱根数，图1为塑钢底板的局部铺层图。 表1 实际排纱根数 图中表示铺放玻璃纤维毡 图1 塑钢底板局部铺层图
广恒设计的铺层方案：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面3.5mm处铺放750g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面（各个腹板）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，其中间铺设玻纤无捻粗纱。这里以一层较高面密度的玻纤多轴向布代替原来的两层缝编毡或玻纤布，表2给出了本方案的实际排纱根数，图2为塑钢底板的局部铺层图。 表2 实际排纱根数 图中表示铺放玻璃纤维毡 图2 塑钢底板局部铺层图 广恒报价中的铺层方案：塑钢底板上表面（平面）最外层铺设一层纤维毡，再铺设玻璃纤维无捻粗纱，然后在距离上表面3.5mm处铺放450g/m2的玻纤双轴布，再铺设无捻粗纱；塑钢底板的另一面各个腹板（地钉位置处腹板除外）的最外层为玻璃纤维毡，其中该层玻璃纤维毡由若干块组成，其组成数目由腹板数量决定，而后是玻纤无捻粗纱，最中间（据腹板两侧约为2.5mm处）铺放玻璃纤维双轴布。表3给出了本方案的实际排纱根数，图3为塑钢底板的局部铺层图。（注意这里的纱线支数为9600Tex）
复合材料铺层设计
复合材料铺属谡计 复金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戎织杨形成的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材抖铺层层合庄制而成的复合材料板材称为层合板。复合材料层庄结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层役计要素纽成的层今核。 本章主要介绍由壽性能连续纤维与树脂基体材料构成的层仝结构和夾层结构设计的基本原理和方比，也介绍复合材抖结构在导弹结构中的应用。 一＞层合核及其表示方法 ⑴轴层及其方向的表示 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很萍，通帝约为0」〜0.3mmo铺层中增强纤维的方向或织杨彳至向纤维方向为材抖的主方向（1向：即纵向丿；垂直于增强纤维方向或织场的纬向纤维方向为材抖的另一个主方向（2向：印橫向丿。1—2 坐标糸为材料的主坐标糸，又称正轴坐标糸’x・y坐标糸为设计参考坐标糸，如图10.1.1所示。
3正轴坐标系和应力 图10.1.1 层材料正轴与偏轴坐标系和应力 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的揣向角(铺屋角丿e表示。所谓铺向角 (铺尾角)就是铺层的纵向与层合板参考坐标X铀之间的爽角，由X铀到纤维纵向送肘针淡转为正。参考坐标糸X-Y与材抖主方向重合则为正轴坐标糸。X-Y 方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标糸，如图10.1.1 (bj所示。铺层的正抽应力与偏軸应力也在图10.1.1中标朗。 (2) $合核的表示方法 为了满足役计.制凌和力学性能分析的需要，必须简朗地表示出层合板中各铺层的方向和层合顺序，故对层合板规定了朗确的表示方法，如表10」」所示。
二.单层复合材料的力学性能 单层的力学性能是复合材抖的基本力学性能，即材抖工程常数。由于单层很薄， 一般仅考虑单层的面力学性能，故假设为平面应力状态。单层点材料主軸坐标糸常是正交各向异性材料，A其主方向上芷一点处的正应支$只与该点处的