复材铺层
复合材料铺层设计方法
复合材料铺层设计方法
复合材料铺层设计是复合材料结构设计的重要组成部分，其主要目标是优化材料的力学性能、物理性能和化学性能。
以下是复合材料铺层设计的主要步骤：1. 确定设计目标：首先需要明确复合材料需要满足的性能要求，如强度、刚度、耐久性等。
2. 选择合适的材料：根据设计目标和实际应用需求，选择合适的基体材料和增强材料。
3. 确定铺层方案：根据不同的设计需求和材料的特性，确定合适的铺层方案。
铺层方案应考虑层数、角度、顺序等因素，以优化材料性能。
4. 建立模型并分析：使用数值分析方法，如有限元分析，建立复合材料模型，并分析其在各种载荷下的响应。
这一步可以辅助设计优化和验证设计方案。
5. 优化设计：根据分析结果，优化铺层设计。
这可能包括改变铺层角度、增加或减少铺层数量等。
6. 实验验证：在生产前，需要对设计的复合材料进行实验验证，以确保其性能满足设计要求。
7. 生产与制造：根据最终确定的铺层设计方案进行复合材料的生产和制造。
8. 测试与评估：在生产完成后，对复合材料进行测试和评估，以确保其性能满
足设计要求。
9. 反馈与改进：根据测试和评估结果，对设计进行反馈和改进，以持续提升材料性能。
总的来说，复合材料铺层设计是一个迭代的过程，需要结合理论分析和实验验证进行持续的优化和改进。
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。
铺层操作规程是什么(3篇)
一、前言为了确保复合材料产品的质量，提高生产效率，降低生产成本，特制定本规程。
本规程适用于所有复合材料铺层操作，包括但不限于碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等。
二、铺层操作规程1. 准备工作（1）材料准备：根据产品设计要求，选择合适的基材、增强材料和树脂等原材料。
（2）设备准备：检查设备是否正常运行，确保设备清洁、干燥。
（3）环境准备：保持操作环境整洁、通风良好，温度、湿度符合要求。
2. 铺层操作步骤（1）铺层设计：根据产品设计要求，确定铺层顺序、层数、厚度和方向。
（2）铺层摆放：按照设计要求，将基材、增强材料和树脂等材料依次摆放。
（3）涂胶：将树脂均匀涂抹在增强材料上，确保树脂分布均匀。
（4）压实：使用压实工具对铺层进行压实，排除气泡，确保层间结合良好。
（5）切割：根据设计要求，对铺层进行切割，确保尺寸精度。
（6）固化：将铺层放置在固化设备中，按照树脂固化工艺要求进行固化。
3. 铺层操作注意事项（1）材料存放：原材料应存放在干燥、通风的环境中，避免受潮、污染。
（2）操作人员：操作人员应熟悉操作规程，掌握设备操作技能。
（3）环境控制：保持操作环境整洁、通风良好，温度、湿度符合要求。
（4）安全防护：操作人员应佩戴防护用品，如手套、口罩等，防止材料对人体的伤害。
（5）质量控制：对铺层质量进行严格检查，确保符合设计要求。
铺层操作规程是复合材料制造过程中的重要环节，遵循本规程有助于提高产品质量、降低生产成本。
各操作人员应认真学习、严格执行本规程，确保复合材料产品的质量。
第2篇一、铺层操作规程的定义铺层操作规程是指在一定的工作环境下，按照规定的程序、方法、步骤和标准，对材料或构件进行分层铺设的一系列操作规范。
铺层操作规程的制定，旨在确保施工质量，提高工作效率，保障施工安全。
二、铺层操作规程的主要内容1. 工具与材料准备（1）根据工程要求，准备所需的铺层材料，如瓷砖、石材、地板等。
（2）准备好铺层工具，如切割机、水平尺、墨斗、橡皮锤等。
复合材料铺层
复合材料铺层复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有优异的综合性能。
而复合材料铺层则是指将不同种类的材料按照一定的顺序和规则进行堆叠组合，以满足特定的工程需求。
在实际工程应用中，复合材料铺层技术被广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑领域等，其优异的性能使其成为众多领域的热门选择。
首先，复合材料铺层的设计需要考虑到材料的性能和应用环境。
不同的工程应用对复合材料的性能要求各不相同，因此在进行铺层设计时需要充分考虑到材料的强度、刚度、耐热性、耐腐蚀性等特性。
同时，应用环境的温度、湿度、压力等因素也需要被纳入考虑范围，以确保复合材料在实际工程中能够稳定可靠地发挥作用。
其次，复合材料铺层的工艺技术也是至关重要的。
在进行铺层过程中，需要严格控制材料的堆叠顺序、层数、厚度等参数，以确保复合材料的性能和稳定性。
同时，还需要注意铺层过程中的气泡、裂纹、层间粘接等质量问题，通过合理的工艺技术和设备手段来保证铺层质量。
此外，复合材料铺层的质量检测也是不可或缺的环节。
通过对铺层后的复合材料进行非破坏性检测、力学性能测试、热性能测试等手段，可以全面了解复合材料的质量状况，及时发现并解决潜在的质量问题，以确保复合材料在工程应用中能够发挥预期的效果。
总的来说，复合材料铺层是一项复杂而又重要的工程技术，其设计、工艺和质量检测都需要高度重视。
只有通过科学合理的设计、精湛的工艺技术和严格的质量管理，才能够制备出性能优异、稳定可靠的复合材料铺层制品，为各个领域的工程应用提供有力支撑。
在实际工程中，我们需要充分认识到复合材料铺层的重要性，加强对其设计、工艺和质量检测等方面的研究和探索，不断提高复合材料铺层技术水平，为我国工程技术的发展做出更大的贡献。
同时，也需要加强对复合材料铺层技术人才的培养和引进，为我国复合材料行业的发展注入新的活力和动力。
复合材料铺层
复合材料铺层复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料经过一定的工艺方法组合在一起形成的材料。
铺层则是复合材料中的一种常见工艺方法，即将两种不同材料按照一定的规律堆叠在一起形成一层。
铺层的目的是通过材料的不同组合来获得更优越的性能。
铺层有多种不同的方式和形式，下面介绍几种常见的铺层方法。
1. 随机铺层：随机铺层是指将不同材料的纤维或片材随机分层堆叠在一起。
这种铺层方法简单易行，对于一些要求不高的应用具有一定的适用性。
然而，由于铺层是随机的，因此复合材料的性能也相对不稳定。
2. 同方向铺层：同方向铺层是指将不同材料的纤维或片材按照相同的方向堆叠在一起。
这种铺层方法可以获得较高的强度和刚度。
但是，由于纤维或片材仅在一个方向上排列，因此在其他方向上的性能较差。
3. 双向铺层：双向铺层是指将不同材料的纤维或片材按照两个方向（通常为纵向和横向）交替堆叠在一起。
这种铺层方法可以使复合材料在各个方向上具有相对均衡的性能。
4. 多向铺层：多向铺层是指将不同材料的纤维或片材按照多个方向堆叠在一起。
这种铺层方法可以得到更加复杂的复合材料结构，具有更多的性能优点。
然而，多向铺层的工艺要求较高，成本也较高。
铺层工艺的选择通常取决于具体的应用需求。
不同的铺层方法可以用来强化不同的方面，例如强度、刚度、韧性等。
此外，在铺层的过程中，还可以加入一些其他的元素，如填充剂、增强纤维等，以进一步改善复合材料的性能。
在工程实践中，铺层是一种常见且有效的方法来设计和制造复合材料。
通过选择合适的铺层方法和优化材料组合，可以获得理想的复合材料性能，满足不同领域的需求。
复材铺层受力计算
在复材铺层受力计算中，需要考虑多个因素，包括铺层的方向、铺层的顺序、铺层的厚度等。
具体计算方法如下：确定受力方向：根据实际受力情况，确定受力方向，以便确定铺层的方向和顺序。
确定铺层顺序：根据受力方向和要求，确定铺层的顺序，通常采用“最小铺层优先”的原则，即优先采用受力较小的铺层。
确定铺层厚度：根据受力情况和材料强度，确定每层材料的厚度。
通常采用有限元分析等方法进行计算。
计算铺层应力：根据实际受力情况和材料属性，计算每层材料的应力，以确保材料不会发生破坏。
校核铺层强度：根据计算结果，对每层材料的强度进行校核，以确保材料能够承受实际载荷。
需要注意的是，在复材铺层受力计算中，需要考虑不同材料的性能和相互作用，以及温度、湿度等环境因素的影响。
因此，建议在进行复材铺层受力计算时，充分了解材料的性能和特点，并采用专业的计算和分析工具进行计算。
复合材料铺层厚度和角度设计
复合材料铺层厚度和角度设计
复合材料铺层厚度和角度的设计需要考虑以下几个方面：
1.总层数：产品总厚度h=n1h1+n2h2+n3h3，其中n1，
n2，n3为对应材料的层数，h1，h2，h3为材料固化后的单层厚度。
2.铺层角度：常用的标准铺层角度为0°、45°、-45°
和90°，合理的铺层角度可优化局部件的力学性能以及其它性能。
除纵横剪切强度试样外，只在有特殊需求时采用任意铺层角度铺层，且所用铺层角种类应尽可能少。
3.堆叠顺序：为了减少固化过程中的变形，整体铺层
顺序应该在层压板结构铺层中心线两侧对称，中心线一般位于层压板的中部区域。
并且为确保均匀的铺层顺序，不同的铺层角度应该在铺层顺序中均匀分布。
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。
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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。
此外，泊松比为0.14，以上数据为纬向数据。
实验采用的试样为长方形试样，试样几何尺寸如图1所示。
直径为D的圆孔位于沿试样长度方向的中心线上，E为孔中心到试样端部的距离，W为试样的宽度，拉伸载荷P与试样平行。
试样长度L＝150mm，厚度t＝4mm，连接孔直径D＝6mm。
为研究接头几何参数的影响，试样选取了一系列的宽度和端距。
试样宽度分别为18,24,30,端距分别为12,18,24,共9组试样，每组试样数为5个。
2.3性能测试本研究工作进行双搭接单孔螺栓静拉伸实验，螺栓连接性能测试按照ASTM D 5961聚合物基复合材料层压板挤压响应标准试验方法进行。
为避免螺栓的破坏，螺栓的强度要远远高于玻璃纤维织物／环氧层合板的强度。
螺栓连接实验采用的实验夹具和载荷加载方式如图2所示。
实验在MTS318.25材料试验机上进行，加载速率为2mm/min，螺栓扭紧力矩为3N·m，实验过程中设备自动记录加载孔的变形和载荷值，绘制应力-应变曲线。
最大破坏强度σa和挤压强度σb的定义分别如下：其中，Pmax、Pb、D、t分别为最大破坏载荷、应力-应变曲线上起始的线性段偏移2%的挤压应变对应的载荷、孔直径和板厚。
3结果与讨论分别进行不同接头几何参数W/D及E/D螺栓连接挤压实验。
图3所示为螺栓孔应力-应变曲线，图中分别给出了E/D=2、3、4及W/D=3、4、5时所对应的孔应力-应变曲线。
由图3可以看出，图3(a)各曲线近似为直线且斜率基本相同，随着载荷的增加孔位移不断增加，约到400MPa左右试样发出噼里啪啦的响声，试样突然破坏，曲线1的破坏模式为拉伸破坏，2和3的破坏模式为剪切破坏。
图3(b)各曲线起始段均为直线且斜率基本相同，试样发出响声后，出现初始损伤（曲线出现斜率变化点），连接强度出现不同程度的降低，但试样继续承载，孔位移不断增加，最终破坏，曲线1的破坏模式为拉伸破坏，2和3的破坏模式为挤压剪切混合破坏。
图3（c）各曲线起始段也均为直线且斜率基本相同，初始损伤后，试样继续承载，最终破坏，曲线1为拉伸破坏，2和3为挤压破坏。
表2列出了不同连接几何参数的试样挤压强度、最大破坏强度值。
从表2可以看出，增加边距能增加连接强度，但当边距超过临界值E/D=3时，再增加边距连接强度增加不明显。
当W/D≥4时，试样的承载能力基本相同。
图4和图5分别给出了不同E/D及W/D时，织物层合板的连接强度（按最终破坏载荷计算）。
在W/D比较小的情况下出现拉伸破坏，如图6(a)所示。
增加W，如果试样E/D比较小，就出现剪切破坏，如图6(b)所示。
继续增加E,则出现挤压破坏，如图6（c）所示。
拉伸破坏和剪切破坏为试样整体迅速破坏，挤压破坏则为局部破坏，是一种安全的破坏形式。
观察破坏试件可以看到，除W/D＝3的试件外，所有试件孔边受载区均出现挤压的破坏形式。
从图4还可以看出，当E/D≥3，W/D≥4时，即试样端距及边距足够大，试样的最大破坏强度大于挤压强度。
综合分析试样的挤压强度、最大破坏强度及试样破坏模式，可以认为当试样的E/D≥3及W/D≥4时，接头强度达到稳定值。
玻璃纤维织物／环氧复合材料螺栓连接的临界端距和边距分别是E／D≥3，W/D≥4,与文献[11,12]的研究基本相近。
4结论(1)连接接头的几何参数是影响玻璃纤维织物复合材料螺栓连接强度的关键因素，织物复合材料机械连接强度随着端距（E/D）和边距（W/D）的增加而增加，当E/D≥3，W/D≥4时，接头性能达到稳定值；(2)玻璃纤维织物复合材料螺栓连接接头的破坏模式主要表现为拉伸破坏、剪切破坏、挤压破坏的一种或其组合破坏模式。
不同的接头几何参数，试样的破坏模式不同，当W/D较小时（W/D≤3），破坏模式主要表现为拉伸破坏；当E/D较小时（E／D≤3），破坏模式主要为端部剪切破坏；当接头几何参数超过最小值（E/D≥3，W/D≥4）时，破坏模式为挤压破坏或者挤压破坏和剪切破坏混合模式。
参考文献玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料板材的耐冲击性能研究2009-05-01 09:29:21 作者：中国不饱和树脂网来源： 文字：【大】【中】【小】董卫卫，黄故(天津工业大学纺织学院，天津300160)摘要：采用真空辅助树脂注塑(vacuum assisted resin infusion，V ARI)成型工艺，按4种不同铺层方式制备玻璃纤维/不饱和聚酯复合材料层合板，研究了其铺层方式对试样冲击性能的影响。
结果表明：0°/90°/0°/90°铺层试样的耐冲击性能优于其他3种铺层方式。
关键词：玻璃纤维；不饱和聚酯树脂；层合板；VARI；铺层设计；冲击性能中图分类号：TS102.42；TQ327.1文献标识码：A文章编号：1671-024X(2008)01-0023-04Study of impactr esistance of glass fiber reinforcedunsatur ated polyester composite laminatesDONG Wei-wei，HUANG Gu(School of Textile，Tianjin Polytechnic University，Tianjin300160，China)Abstr act：By using VARI(vacuum assisted resin infusion)moldi ng technology，glass fiber reinforced unsaturated polyester comp osite laminates are produced on four different layer lay-up desi gn methods，and the influence of various layer lay-up ideas on the impact property is studied.The results show that the i mpact resistance of 0°/90°/0°/90°lay-up is better than the other threelay-up modes.Key words：glass fiber；unsaturated polyester resin；laminates；VARI；layer lay-up design；impact property 广泛应用的玻璃钢材料在使用中经常要承受冲击载荷，如火车开车停车时承受的冲击，汽车相撞时车体的受撞变形等。
玻璃钢由于其较高的强度和低廉的价格而广泛用于汽车工业中，特别是制作保险杠和车身。
汽车的这些零部件的抗冲击性能是衡量其力学性能的重要指标之一。
复合材料在使用过程中受到低能冲击时，大部分情况并没有明显的目视损伤，但却在层合表面会生成不可视的浅表面分层，从而形成潜在的危险，内部损伤的存在可造成复合材料在强度和刚度上的很大损失。
国内外已经对复合材料层合板的低能量冲击损伤机理及特点作了广泛深入的研究。
G iuseppe Sala和Dai Gil Lee[2，3]等在这方面做了很多工作。
国内的一些研究人员也做了相类似的工作，取得了一些成果。
对复合材料铺层优化设计方面的研究也比较多，但就铺层方式对复合材料耐冲击性能的影响方面的研究却不多。
为设计生产出更加安全稳定的玻璃钢产品，本研究对玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料采用不同的铺层工艺进行了低能量冲击性能的比较分析。
1、实验部分1.1、原材料与试剂增强材料：天津合成材料厂生产的无碱玻璃纤维(E玻璃纤维)平纹布，有关物理参数见表1。
树脂基体：天津合成材料厂生产的不饱和聚酯树脂196s；促进剂E：环烷酸钴，紫蓝色液体；固化剂M(MEKP)：过氧化甲乙酮溶液；由于树脂固化受外界温度的影响较大，实验基体配比比例随温度变化而变化，在本次研究进行过程中，结合工作环境的温度状态，经过大量实验确定了树脂基体的最佳原料配比为：树脂100g，环烷酸钴1.25g，过氧化甲乙酮1.05g。
1.2、复合材料层合板的制备织物铺层方向的改变可能会影响增强纤维在层合板受力时的承载情况，从而使层合板的力学性能发生变化。
层合板是由若干层织物以不同方向叠合而成。
如果各层主方向都沿一个方向则称为单向层合板，各层主方向不同则称为多向层合板。