碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(碳纖維構(gòu)件)

林芝加固改造設(shè)計公司 3周前 ( 11-23 14:52 ) 5038 搶沙發(fā)

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及碳纖維構(gòu)件對應(yīng)的知識點，希望對各位有所幫助，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，2、，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標準，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，可以應(yīng)用到什么領(lǐng)域？

本篇文章給大家談?wù)勌祭w維結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及碳纖維構(gòu)件對應(yīng)的知識點，希望對各位有所幫助，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
2、碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標準
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，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

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)用越來越廣泛。眾所周知，衛(wèi)星對質(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)合材料是以樹脂為基體、碳纖維為增強體的復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、模量高、熱膨脹系數(shù)低等特點。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、比強度高、抗沖擊振動能力強，能承受高低溫循環(huán)、熱真空等嚴酷的環(huán)境的考驗。

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)計帶來了更多可選擇性，研發(fā)人員可以通過合適的鋪層方向和層數(shù)來滿足強度、剛度和其他特殊要求，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了巨大的設(shè)計空間，這一點是傳統(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，而樹脂在固化過程中收縮較大。因此合理的鋪層設(shè)計是碳纖維復(fù)合材料天線取得較佳的機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，因此只有采用準各向同性對稱鋪層，并利用高模量纖維軸向熱膨脹系數(shù)為負值，來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)計中盡量減少纖維斷口和搭接，同時保證纖維鋪放有序，重點保證鋪層的對稱性，以減少翹曲變形來提高天線部件的精度。由于碳纖維材料嚴重的各向異性，在平面內(nèi)會產(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。其余增強層選強度較高、價格相對便宜的T系列碳纖維。將高模量的M系列和高強度的T系列碳纖維組合使用，在天線的電性能、剛強度、價格等方面進行折中以滿足工程應(yīng)用要求。

碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的技術(shù)標準

國內(nèi)最早通過的規(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》，其編號為CECS146：2003, 已經(jīng)被最新的國家標準規(guī)范2006《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范》代替,其編號為GB 50367-2006. 碳纖維加固最近的國標是《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，由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。

碳纖維增強聚合物（CARBON FIBRE REINFORCED POLY-MER簡稱CFRP，也稱為碳纖維增強塑料）是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：A、強度高（強度約為普通鋼材的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、施工簡便（不需大型施工機構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟性好；E、施工工期短（本工程實例僅用一周）；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)類型，各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，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度等級不低于C15即可；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進行加固。

可以使用加固材料即用改性環(huán)氧樹脂粘貼各種符合國標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、維護費用較低等優(yōu)點，但需要專門的防火處理，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，可對承受彎矩和剪力的構(gòu)件的正截面承載力進行加固，增強斜截面的承載力，加強截面的剪力。此外，碳纖維布也可用于加強壓桿。

(1)加強前截面承載力

用碳纖維布加固受彎構(gòu)件的前截面承載力時，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)計原則”中前截面承載力的計算方法，可以定量計算粘貼層數(shù)。計算中仍采用平截面的假設(shè)，適當考慮碳纖維布強度的降低(一般碳纖維的強度不能充分利用)，建議取其強度的60%。

(2)加強斜截面的彎曲抗力和截面的剪切力。

當碳纖維布用于增強斜截面的抗彎性能或提高截面的抗剪性能時，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)揮其抗拉強度，防止混凝土開裂，從而提高梁的抗剪性能。在計算時，還可以考慮碳纖維布在“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原則”中考慮彎鋼筋抗彎抗剪性能的作用，進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度鋪層是對材質(zhì)的一種描述碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，無論哪種方法碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于碳纖維布的鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個碳纖維工藝過程中非常重要的一個步驟。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，因此碳纖維制品的強度大碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計，硬度高，遠超過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，可以應(yīng)用到什么領(lǐng)域？

碳纖維復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用主要是在汽車剎車片、汽車傳動軸、緩沖器、車身、汽車內(nèi)飾以及發(fā)動機零件等，可有效降低汽車自重并提高汽車性能。

1、成本太高

與鈦合金相比，碳纖維復(fù)合材料車用部件的價格有過之而無不及，一些常見碳纖維車用部件的價格可能是傳統(tǒng)材料的好幾倍，而較大尺寸的碳纖維車用部件價格甚至超過萬元。這主要是因為部分碳纖維部件的制作過程需要很多的手工，并且報廢率很高，造成成本的大量上升。

2、變形幾乎無法修復(fù)

這也是碳纖維單體殼車身無法大規(guī)模鋪開的重要因素。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身內(nèi)部的碳纖維已經(jīng)出現(xiàn)了斷裂或者是層間樹脂脫層。而斷裂的碳纖維以及脫層的樹脂是無論如何也不可能接起來的，那么碳纖維單體殼車身只能報廢。相比之下，裂紋還可以補上幾層碳纖維進行修復(fù)。

3、碳纖維單體殼車身結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜

一般來說，框架式的車身在設(shè)計時，只需要對車身整體進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為金屬材料有著各項同性的材料特性。顧名思義，各項同性的意思就是指物體內(nèi)部的物理、化學(xué)等性質(zhì)不會因為方向的不同而有所變化，即某一物體在不同的方向所測出的性能數(shù)值完全相同。就比如說同一塊鋼板，性能放在哪都是一樣的。那么在設(shè)計過程中，金屬材料只需要考慮一個方向就可以。以常用的楊氏模量、泊松比、剪切模量等參數(shù)來看，只需要運用一次就可以完成計算。但是碳纖維復(fù)合材料就不是這么個情況，碳纖維復(fù)合材料的特性是各項異性。

4、碳纖維材料的壽命短

當然碳纖維本身是沒有問題的，問題是出在作為復(fù)合材料基體樹脂上。樹脂的耐久性要弱于金屬。光老化、高低溫、酸堿性都會加速其老化過程，繼而產(chǎn)生發(fā)黃、龜裂、發(fā)脆等問題。這個道理和咱們總會遇到的普通塑料零件的老化是一樣的。