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我国碳纤维复合材料发展不足-设计水平无法支撑产业进步

五度易链 2019-06-17 1683 0

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和金属材料相比,复合材料从生产到应用,包括了设计,材料和工艺三部分。设计是这个过程的最基础部分。复合材料的设计水平也直接决定了材料和工艺的发展空间。


和金属材料相比,复合材料从生产到应用,包括了设计,材料和工艺三部分。设计是这个过程的最基础部分。复合材料的设计水平也直接决定了材料和工艺的发展空间。

而国内三者中,设计这一环节最显薄弱,已严重制约了我国先进复合材料应用的发展。以航空航天为核心的国防军工部门尚且如此,其它民用部门情况尤甚。设计影响应用的例子不胜枚举,如风机叶片设计,国外已大量应用先进复合材料,形成碳纤维应用的大户,但国内进展很慢。一个重要原因是我们的叶片多是引进工程,没有原始设计产权,对所用材料不敢做轻易更改。重新设计时连载荷都没有,因为引进时人家不会详细给出。

复合材料设计,包括计算分析,是一个专门的技术。国际上认为培养一个成熟的复合材料设计师至少需要10年。国内严重缺乏有经验的复合材料设计人员,已普遍影响到复合材料的应用发展。如复合材料设计中最有特色的乃是铺层设计,但国内很少有人真正掌握铺层设计的原则和方法,弄不清材料许用值和结构设计值的来源和用法。有些人知道一点强度理论,但不知道复合材料强度、刚度计算的工程方法,甚至不了解国际上通行的分析和验证用的“积木式”(BBA-Building Block Approach)方法,很少有人具体掌握复合材料连接设计、疲劳耐久性设计、损伤容限设计、稳定性设计、环境影响及其防护设计、修理设计等许多具体设计技术和要领。

设计人员发不出符合上述诸原则的设计图纸来,试问生产部门如何进行具体的选材和制造?复合材料必用的连接设计,我们现有的计算方法仍是以前验证过的方法,已有人指出并不太准确。

设计还有一个重要的问题,即规范和手册等软件建设的问题。国外十分重视有组织地制订相应规范,提出“开发编制全行业标准,改进最终产品一致性”的口号,减少风险,降低成本,促进应用。以各大飞机公司而言无一例外地均有自己的《复合材料设计手册》,而我们基本没有。至于专门用于复合材料设计分析软件的开发,国内也远远落后于国际的水平,如Fiber SIM,Hyper Sizer等软件的开发和应用等。

发展碳纤维复合材料的应用还有很多技术难题需要解决,在碳纤维复合材料设计方面我们还需要更多的投入,对于相关设计的标准和原则也需要进行统一。


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