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各向同性,准各向同性和各向异性是什么意思?
发布时间:2020-10-28 09:37 | 浏览次数:


当使用碳纤维(以其卓越的强度和刚度与重量之比而闻名)时,需要了解纤维取向如何影响碳纤维复合材料(CFRP)层压板的强度和刚度。复合板的层压板设计有不同的方法,其层压板按一定角度定向以产生不同的结构性能。这些属性是:各向同性,准各向同性和各向异性。

各向同性是指一种强度和刚度在通过该材料的任何方向进行测量时都相同的材料。各向同性物质的例子是玻璃和金属。

准各向同性是指具有各向同性但仅在平面内的材料。换句话说,强度和刚度在零件平面内的所有方向上均相等。许多CFRP层压板都属于此类。

各向异性是指在不同方向穿过材料具有不同强度和刚度的材料。例如,木头沿着木纹比穿过木纹更坚硬。用全部沿一个方向取向的纤维制成的碳纤维层压材料是极各向异性的。根据层压板设计的平衡程度,其他层压板设计可以具有各种程度的各向异性。

制备准各向同性碳纤维层压板

纤维在铺层中取向平衡时,CFRP层压板便具有准各向同性的特性,从而无论材料的加载方向如何,其强度和刚度均保持不变。无论单个碳纤维帘布层或薄层是由机织织物还是单向碳纤维制成,将它们组合成设计合理的叠层板时,都可以组装成各向同性的材料。

 

当各帘布层的方向平衡时,制成准各向同性层压板,以使层压板在每个平面内方向的拉伸刚度相同。通常,准各向同性片材是使用碳纤维编织物制成的,层片定向为0º,90º,+45º和-45º,在这四个方向的每个方向上至少占12.5%。定向度为0º,60º和120º的单向层也可以达到准各向同性的特性。

层压板可能是准各向同性的,似乎不遵守规则。例如,如上所述,0º/-45º/ +45º/90º层压板是准各向同性的。但是,如果每个层都与其原始方向(例如+60º)以相同的角度取向,则层压板将保持各向同性。层压板的+60º重新定向可形成60º/15º/-75º/-30º层压板。

除定向角外,优质碳纤维层压板还有其他设计要求:

  • 叠层必须对称。

  • 此外,每个薄片通常会:

    • 包含相同的纤维-树脂比率;

    • 具有相同的层厚;

    • 包含相同的纤维类型和几何形状

在更复杂的设计中,这些规则可能不适用

准各向同性碳纤维板设计

在典型的准各向同性碳纤维片材中,该片材必须包含至少4层,并且各层必须包含相同的刚度和厚度。此外,纤维取向必须平衡且对称。除了共同提供准各向同性的特性外,不同方向的纤维还具有特定的强度:

  • 0º层:提供轴向强度和刚度,非常适合必须承受轴向载荷的梁和柱。

  • +/-45º层:提供抗剪和抗扭强度和刚度,非常适合扭力轴和抗剪腹板,例如工字梁。

  • 90º层:提供横向强度和刚度,非常适合创建巩固层,将所有内容保持在一起并提供压力容器的强度。

准各向同性的优势

通过不使用准各向同性的叠层,可以廉价地制造碳纤维片。例如,如果仅使用0度和90度碳纤维层来构建层压板,则层压板沿45度对角线将变弱,离轴弯曲和张力的挠度比与之相比高出50%。准各向同性碳纤维板。在大多数应用中,0º/90º片材效果很好。但是,如果需要沿45度轴的刚度,准各向同性碳纤维片材将提供卓越的性能。准各向同性的碳纤维片材可以由具有适当层压方向的单向或机织帘布层制成,以产生在各个方向都具有强度的坚硬材料。首先,了解各向同性特性似乎很困难。但,英特力新材料,具有制造CFRP层压板的经验,并具有设计和制造板材并根据需要发挥其性能的技能和知识。好的碳纤维制造商拥有经验;获得必要的组件;全面了解工程,设计和分析;最先进的设备;和最高的质量标准。当您的设计取决于材料的强度和刚度以使其正常运行时,请确保找到具有所有这些功能的碳纤维制造商。

 
 
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