复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果
复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果
引言
结构设计是指根据结构设计的原始条件,按照结构设计的基本要求,提出合理的设计方案以及进行具体的细节考虑,绘制出结构图纸,在需要时还须写出相应的技术文件,以使生产单位能根据这些数模/ 图纸和技术文件进行生产。结构所受到的载荷、设计方法是结构布局与结构元件尺寸设计的基本依据,飞机结构必须保证足够的强度、刚度、疲劳寿命和损伤容限设计要求。
在进行民用飞机复合材料层压板结构铺层设计时,主要按复合材料地板稳定性分析方法开展。飞机结构中没有绝对的纯剪板,也没有单向的承拉/ 压板,对于复合受载的结构,设计师在对结构功能和传载路经进行分析后,根据工程经验忽略小载荷,结合成熟经典的设计理论和方法,布置结构并设计出具体的截面形式。下面将阐述复合材料层压板铺层设计的方法及试验验证结果:
1 层压板屈曲分析
用常用的工程算法为结构元件设计提供支持。
1. 1 铺层设计参数
目前,机体结构复合材料层压板的常用设计方法是采用对称均衡铺层,主要采用0°、±45°、±90°的标准铺层角。这四个铺层角一般可以满足载荷设计要求,同时也能简化分析和制造。基本铺层设计准则有:
(1)要有足够多的铺层,其纤维轴线与内力拉压方向一致,以最大限度利用纤维的高强度、高刚度特性。
(2)应避免相同取向的铺层叠置。如难以满足此要求,则不能将4 层以上取向相同的铺层叠置,以减小边缘分层现象发生。
(3)对于较厚的(一般6 ~ 16 层)层压板,相邻的铺层角度变化一般不要超过6°毅,也就是说不要用0°和90°,或45°和-45°的相邻铺层,以避免固化应力产生的微观裂纹和有利于层间剪切应力的传递。
( 4) 0°、±45°、±90°四种铺层中每一种至少要占10%,以防止任何方向的基体直接受载。
(5)避免采用90°的层组(载荷为0°方向时),而用0°或±45毅°的层将它隔开,以减小层间的剪切与法向应力。
1. 2 四边简支正交各向异性矩形层压平板复合受载屈曲分析
(1)单向受压
大多数情况下机体壁板分析时主要考虑某一方向的主载荷,当另一垂直方向的线载荷小于主载荷的1/5(参考)时可以忽略其影响仅考虑单向受载。这种简化可以简化强度分析工作量且不影响结构安全性。四边简支板单向受压图如图1 所示,其屈曲载
荷的计算公式为:
式中:N x 为沿x 方向单位长度上的压力;D ij 为层压板弯曲刚度系数;m 为沿板的方向屈曲半波数;a 为板的长度;b 为板的宽度。计算时,可取m =1,2,3…,计算相应的一组N x ,
其中最小的N x 即为板的屈曲载荷N xcr。
(2)双向受压
在N x 、N y 作用下,N y / N x 比值保持不变时,可用
下式计算屈曲载荷,受载情况如图2 所示。
式中:N y 为沿y 方向单位长度上的压力。对于已知的比值N y / N x ,取m=1,2,3…,及n=
1,2,3,…,由上式可计算一系列的N x ,其中最小的N x 即为屈曲载荷N xcr。
(3)纯剪
正交各向异性矩形层压平板的剪切屈曲分析,图3 中四边简支和四边固支情况下,剪切屈曲载荷计算公式均为:
(4)压剪复合
图5 为单压+剪切复合受载情况,压剪复合屈
曲载荷一般按下式计算:
R x +R2xy =1 (5)
式中,R x =N x / N0xcr,R xy =N xy / N0xycr,N0xcr、N0xycr 分别为单轴压和纯剪切情况的屈曲载荷。当作
用载荷N x 、N xy给定后,现求出R x 、R xy ,可得图6 中M 点,连接OM,得与相关曲线的交点N,则屈曲安全裕度为:
MS = ON/OM-1 (6)
也可用通过公式获得安全裕度,计算如下:
2 试验验证
上述的计算分析设计方法将通过梁腹板参数选型试验加以验证。运用该方法设计试验件,通过分析试验结果获得结构参数和铺层设计经验。试验件如图8 所示,图9 为试验件加载示意图,试验件夹持如图10 所示。按照前述屈曲分析方法,对四边简支梁腹板的稳定性进行工程分析,研究铺层顺序的影响,可得以下结论:为提高屈曲载荷,应将依45毅层放于蒙皮
最外层,此时均比0°和90°置于最外层效果好;0°和90°层相比,90°层置于外层效果更好,0°层更适合于置于中面附近。
3 结论
通过改变蒙皮铺层顺序和铺层比例的方法,研究铺层对加筋板初始屈曲能力的影响。经典理论计算分析与试验结果都能得到以下结论:
(1)蒙皮铺层顺序不同,加筋板的屈曲模态形状会受到影响。
(2)为提高屈曲载荷,应将±45°层放于蒙皮最外层。
(3)0°和90°层相比,0°层置于外层效果更好,90°层更适合于置于中面附近,但实际上载荷提高并不是很大。
(4)提高±45°铺层比例,初始屈曲载荷会有很大的提高。
(5)0°和90°层相比,提高90°比例有利于提高初始屈曲载荷。
(6)需控制蒙皮与长桁(腹板和支柱)等效刚度、柏松比的差异,避免出现层间破坏失效模式。
(7)板的几何尺寸、边界条件和载荷类型等因素对铺层顺序和稳定性之间的关系有影响。总之,对于层压板的稳定性而言,不存在确定最佳铺层顺序的通用法则,只能针对特定的结构和载荷情况建立铺层顺序与稳定性之间的关系。
复合材料与工程专业人才培养方案(080408
复合材料与工程专业人才培养方案（080408） 一、学制与学位 学制：四年 学位：工学学士。 二、培养目标 按照教育部“卓越工程师教育培养计划”的工作思路和标准要求，树立“面向工业界、面向世界、面向未来”的工程教育理念，紧密追踪复合材料的发展前沿理论，围绕高分子复合材料的设计及加工技术，通过学校与相关行业和企业的密切合作，以社会需求为导向，以材料科学为主线，以工程技术为纽带，培养学生掌握复合材料学科的基本原理和基本知识，使之具有扎实的基础理论、丰富的专业知识，掌握复合材料学科前沿发展信息，在此基础上着重培养学生在该领域的工程实践能力和创新能力，最终使学生具备从事高分子复合材料与工程领域的科学研究、技术开发、材料设计、产品设计、工艺和设备设计等方面工作的复合型高级材料工程技术人才。 三、培养要求 本专业的主要特点是材料与工程相结合，技术原理与实际应用紧密联系。专业侧重于高分子复合材料的设计与加工成型方向。本专业学生要求受到良好的科学思想、材料设计与制造的基本训练，能运用所学知识分析和解决实际问题，具备在高分子复合材料领域内的设计制造、科研开发、应用研究、性能测试等方面工作的能力。 毕业生应获得以下几方面的知识和能力： 1.具有良好的工程职业道德、执着向上的态度、爱国敬业的精神、社会责任感和人文科学素养； 2.具有从事复合材料工程所需要的数学和其它相关的自然科学知识及一定的经济管理知识； 3.具有良好的质量、环境、职业健康、安全和服务意识，具备从应用目标出发对复合材料进行质量、成本、工艺、环保、性能和效益综合评估及材料选用的初步能力； 4.系统掌握材料与工程技术专业领域内的基础理论和专业知识，重点掌握高分子材料方向的材料科学基础、材料复合原理、复合材料力学与结构设计、复合材料工艺与设备等方向的专业知识和实践技能，了解本学科专业在先进复合材料、生物医用复合材料、功能复合材料和智能复合材料等新兴科学交叉领域的发展； 5.初步具备运用所学基本理论进行分析和解决问题的能力，具有对复合材料进行设计、
复合材料铺层设计说明书
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～。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，如图所示。 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ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（b）所示。铺层的正轴应力与偏轴应力也在图中标明。
（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ε1、ε2只与该点处的正应力σ1、σ2有关，而与剪应力τ12无关；同时，该点处剪应变γ12也仅与剪应力τ12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Ε1和Ε2、主泊松比ν12、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Y1、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Ε1>>Ε2，X>>Y；而且拉伸与压缩强度不相等，即X1≠X2，Y1≠Y2；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。 三、复合材料结构的制造与成形工艺 （1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围？ 树脂基复合材料结构成形工艺方法多种多样，各有所长。工艺方法的分类见图各种工艺方法的特点与适用范围见表。
复合材料课程设计说明书
目录 1 引言 (2) 2 造型设计 (4) 3 性能设计 (5) 3.1原材料选择 (5) 3.2管道各层性能设计 (7) 4 结构设计 (8) 4.1玻璃钢管受力分析 (8) 4.2管壁厚计算及校核 (8) 5 工艺设计 (10) 5.1纤维缠绕制管所用设备 (10) 5.2纤维缠绕制管工艺 (10) 6 玻璃钢管道安装连接 (12) 7 管道性能试验及检验 (13) 7.1玻璃钢管轴向拉伸试验 (13) 7.2玻璃钢轴向压缩试验 (13) 7.3玻璃钢平行板外载试验 (13) 7.4玻璃钢管短时水压失效压力试验 (13) 7.5玻璃钢管外观质量检验 (13) 8 小结 (15) 参考文献 (16)
1引言 管道是现代工业中流体（气体或液体）输送的重要材料，传统的管道有钢管、混凝土管和铸铁管，但由于其易锈蚀、质量大，已不能满足现代工业的需要，又由于玻璃钢的诸多优势，使得玻璃钢管道（简称GRP管）应运而生[1、2]。 玻璃钢管道玻璃钢管道简称FRP管道。具有耐久性好、摩擦阻力小，输运能力高，安装方便、耐化学腐蚀性强、使用寿命长等优点，可降低管道因维护、更换停产带来的损失，主要应用在石油、电力、化工、造纸、制革、冶金、城市给排水、废水处理及农业灌溉等。 与钢管相比，玻璃钢管道的优点有： (1)耐腐蚀性。FRP管道能够抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的腐蚀。 (2)耐热抗冻性好。FRP管的温度使用范围一般在-40℃~80℃之间，若先用特殊树脂其使用温度可达到更高。 (3)轻质高强，运输安装方便。FRP管道的比重为1.7~1.9，与同压力、同管径的其他材质管道比较，FRP管道单位长度、重量约等于钢管的30％，因此运输安装十分方便，FRP管道每根长度可达12m，安装快速简便。另外可免除安装钢管所需的焊接和防锈、防腐处理等工序。 (4)摩擦阻力小，输送能力高。FRP管道内表面非常光滑，糙率系数小，水利系数可长期保持在145～150范围内，经测试得到其水流摩阻损失系数为0.000915，能显著减少沿程的流体压力损失，提高输送能力20％以上。 (5)不生锈。由于玻璃钢管是由非金属材料树脂及玻璃纤维复合而成，所以，它们不论在使用过程还是在闲置过程中，均不会生锈，因而也就无需进行防锈、除锈处理。 (6)可设计性强。根据具体使用情况，可对缠绕玻璃钢管的具体性能及形状进行设计： ①可对缠绕时的缠绕角进行设计，以便管具有不同的纵/环向强度分配；②可对管壁厚进行设计，以便管可以承受不同的内外压；③可对材料进行设计，以达到不同的耐腐蚀目的、阻燃目的、介电目的等；④可对授头方式进行设计，适用不同的安装条件，以提高工程安装速度。 (7)可修复性强、维护方便。缠绕玻璃钢管罐不生锈、不结垢、耐腐蚀性能好，一般情况下无需维护；即使需要维护，由于其重量轻，可维修性强，所以，维修起来也是十分方便的。
《复合材料课程设计》
《复合材料课程设计》说明书—纤维增强复合材料桥梁设计方法的综述 学院： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 日期：2014年6月20日
摘要：中国复合材料五十年的发展，在各领域都取得了很大的进步。本文介绍了桥梁设计和建造的未来趋势，以及目前全球纤维增强复合材料应用于桥梁的主要实例及设计方法。 关键词：纤维增强复合材料桥梁设计方法 1. 桥梁设计和建造的未来趋势 1.1 在桥梁建造技术和建造外观两方面有前所未有的发展。 当前世界上的桥梁设计在外观设计方面与许多年前相比有着更大的发展。适合于它周边设施的桥型设计具有相当的重要性及更高的理念，例如孟买地区Thane Creek溪上的弓形琴弦大梁桥提供给乘车者一种视觉上的享受。首先，桥梁的业主让艺术家来决定桥型设计，接着建筑设计师来演绎，最后由工程师完成。“震撼”意念使桥梁构思在概念上既新颖又简单，例如让人们非常荣耀的英国Gateshead千禧年桥。 1.2 安保风险 抵御爆炸和地震的多风险保护正变得日益重要，在诸如地震活力、风险评估技术、预测地震响应方式等领域取得了重要进展。地震不是一种力而是一种变形，新的理念是提供变形足够的容量并允许桥梁移动，而不是试图去抵抗力。设想的方案如采用玻璃纤维/碳纤维包覆柱子、能量吸收装置、耗散能量的结构保险单元。 1.3 增加跨距 技术上，非常大跨距的桥梁可以用当今的材料来建造，跨距正变得更大，例如Jammu & Kashmir(查漠一克什米尔)境内的Chenab(奇纳布)河上一座桥是世界上最大拱距(480m)的桥梁之一。全寿命服务期的考虑为提升跨距提供了设计和建造依据。社会日益愿意为大跨距桥的方便和美观而买单。 斜拉桥正逐渐取代传统上与跨距相关的悬索桥，例如在日本建造了世界上最长的斜拉桥(Tatara跨海大桥-890m跨距)。发展缆绳斜拉技术，关键因素就是提高跨距，这是通过降低股束尺寸，增加诸如缆绳的螺旋等特征来实现的。 减震对长跨距的重要性:解决方案有诸如调幅物质减震器，用在斜拉的法国诺曼底庞特桥上的横交缆绳或“肩带”。绞线设备比预制平行线束体系更有竞争力。1000m跨距的记录被香港昂船洲大桥所打破，中国苏通大桥是1200m的跨距。 1.4 更高的桥 现今可开发出制造直径大至4m，高度大于100m柱子的技术及设备。 大直径立柱的建造:随着钻孔直径的增大，钻孔的稳定性也得到了提高。大直径立柱也更有利于在河床上定位立柱帽，更大更高的立柱可提供更大的净空高度。 1.5 变得更强 为了实现一种建筑的新理念，就需要引人一种新材料。钢可以使大跨距的析架箱梁成为可能;高强度线缆使得悬索桥成为可能;混凝土伴同预应力混凝土一起应用使得大跨距的混凝土桥成为可能。超高性能材料的引人可以大大改变建筑的力学特性，诸如VSL公司的水泥质材料Ductal性能上更近乎于钢。 1.6 预制部件 预浇铸地基、桥基、立柱和上部结构单元可以使桥的建造时间不再以年计，
武汉理工大学【复合材料与工程专业】2014版本科培养方案
【复合材料与工程专业】2014版本科培养方案Undergraduate Education Plan for Specialty in Composite Materials Engineering (2014) 专业名称复合材料与工程主干学科材料学 Major Composite Materials Major Disciplines Materials 计划学制四年授予学位工学学士 Duration 4 Years Degree Granted Bachelor of Engineering 所属大类材料类大类培养年限1年 Disciplinary Materials Duration 1 years 最低毕业学分规定 Graduation Credit Criteria *本专业学生的课内、课外实践教学学分共计29.5学分。 一、培养目标与毕业要求 Ⅰ Educational Objectives &Requirement （一）培养目标 本专业期待毕业生几年之后能达成下列目标: （1）具有良好的修养与道德水准； （2）具有扎实的复合材料方面理论知识基础、知识面宽，能够从事复合材料技术与产品研发、工艺与设备设计、产品设计和生产技术管理等工作； （3）能够在一个技术开发团队中作为骨干或者领导有效地发挥作用； （4）在复合材料制备、加工成型、结构设计、复合材料应用等领域具有就业竞争力，并有能力进入研究生阶段学习； （5）能够通过终身学习拓展自己的知识和能力； （6）有意愿创新实践，并有能力服务社会。 Graduates of this major are supposed to achieve the following aims: （1）Having good manner and excellent moralities （2）Having solid grounded in basic theory, wide-ranged in specialized knowledge of composite materials and engineering. The graduates can conduct research on technology and product of composite materials, the design of technique and equipment as well as the design of product and management of production technique. （3）An ability to function as the leading role in a technique developing team. （4）Having strong competitiveness for employment in the field of composite materials preparation, processing, materials analysis , composite materials structure design and composite materials application; an ability to be admitted to the postgraduate study. （5）An ability to develop ones’ own knowledge and abilities through lifelong learning.
建筑装饰材料课程设计报告1
建筑装饰材料课程设计报告题目：水性环氧树脂地坪涂料的制作 专业：建筑材料及检测 班级：建材10-1 学号：1040283140 姓名：张恒 指导教师：卢经扬 设计时间：2012.9.3—2012.9.7
绪论 设计制品的使用要求原料选择 配比 制品制作工艺流程技术参数 性能特点 质量控制 涂料施工 结论 主要参考文献
建筑材料是指组成建筑物或建筑物各部分实体的材料。随着历史的发展、社会的进步，特别是科学技术的不断创新，建筑材料的内涵也不断在丰富。从人类文明发展早期的木材、石材等天然材料到近代以水泥、混凝土、钢材为代表的主体建筑材料进而发展到现代由金属材料、高分子材料、无机硅酸盐材料互相结合而产生的众多复合材料，形成了建筑材料丰富多彩的大家族。纵观建筑历史长河，建筑材料的日新月异无疑对建筑科学的发展起到了巨大的推动作用。 现代工业对地坪提出了越来越严格的要求，如食品、医药等工业要求地坪不起灰，无有害挥发物，干净无尘；机械工业要求耐强烈的机械冲击，耐磨损，能长期经受叉车等车辆的辗轧，即使局部损坏也容易维修；机床、仪器仪表等工业车间地面常受到各种油类侵蚀渗漏，难以彻底清除，要求地坪耐油性好；化学工业则要求地坪能耐各种化学介质的腐蚀。此外，现代文明的车间和家庭地坪应该平坦、亮丽、色彩丰富，给人们创造一个良好的工作和生活环境；这样，随着涂料技术的飞速发展，地坪涂料的存在就有了其必要性和必然性。传统的溶剂型地坪涂料和无溶剂型地坪涂料基本性能优良。但是，其中存在着许多挥发性溶剂，对人体和环境存在不同程度的危害；另外，由于传统的溶剂型涂料漆膜非常致密，透气性极差，当应用在地下潮气较重的基面时，容易出现漆膜鼓泡、剥离脱落等现象，这样的例子屡见不鲜。而水性环氧树脂涂料同溶剂型环氧树脂涂料相比，漆膜具有微孔结构，它能允许水汽渗透而液体不能渗透，能释放水泥内部的气体压力，从根本上解决漆膜鼓泡的毛病。这样，地坪涂料向水性化发展成为必然趋势。环氧地坪涂料对混凝土等多种底材的附着力优良、固化收缩率低；具有良好的耐水性、耐油性、耐酸碱性、耐盐雾腐蚀等化学特性；同时具有优良的耐磨性、耐冲压性、耐洗刷性等物理特征；在使用时不易产生裂纹且易冲洗、易维修保养。环氧地坪涂料在工业地坪行业占有重要地位，是现代工业较理想的长效地坪涂料品种。国外采用环氧树脂作聚合物混凝土、砂浆及水性地坪涂料已相当普遍。如美国为埃及阿斯旺大坝建造时用环氧砂浆处理软地基、灌浆修复空洞层、浇注粘接发电机坑等；日本和英国的海底隧道也用环氧混凝土、砂浆、涂料等作防渗补强材料。美国的DOW公司、Shell公司、瑞的Ciba和Sika公司以及日本的东洋化工等都在开发应用乳化型环氧树脂和固化剂等水性化系列品种。国内在葛洲坝
复合材料的铺层角度优化
基于MSC.Nastran铺层复合材料的铺层角度优化 发表时间：2008-6-10 作者: 杜家政*隋允康*杨月来源: MSC 关键字: 铺层复合材料铺层角度K-S函数响应面法结构优化 复合材料具有强度高、重量轻等优点，是航空、航天领域首选的材料之一。铺层复合材料就是将各向异性的纤维层材料按照一定的顺序和角度叠在一起，然后通过模具的压力使各层紧密的贴合在一起成为一个整体。很多有限元软件（如Nastran、Abaqus等）可以对复合材料结构进行准确的分析，而且优化技术也已经广泛的应用于铺层复合材料的设计。但是这两个方面的优点还没有很好的结合起来。本文将K-S函数和响应面方法用于铺层复合材料的优化：以铺层复合材料的铺层角度作为设计变量，以结构刚度最大作为目标函数，采用K-S函数建立优化模型；用响应面法将目标和约束转化为设计变量的显式表达式；以MSC.Patran软件为开发平台，以MSC.Nastran软件为求解器，借助MSC.PCL语言进行编程，开发完成了铺层复合材料铺层角度的优化程序。算例表明程序算法是准确有效的。 1 引言 铺层复合材料就是将各向异性的纤维层材料按照一定的顺序和角度叠在一起，然后通过模具的压力使各层紧密的贴合在一起成为一个整体。复合材料可能是几层、几十层、甚至上百层，每层的铺层角度对结构的性能（包括刚度、强度、稳定性、振动频率等）影响很大，但是目前还没有一种非常有效的优化方法对铺层角度进行优化。 K-S函数最早是Kreisselmeier 和Steinhauser 在1979年提出的，他们借助该函数对矢量型性能指标进行优化，进而实现系统控制，将基于K-S函数的矢量型性能优化方法应用到战斗机的“鲁棒”控制循环设计中。后来，K-S函数在不同领域中得到应用和发展。响应面方法(Response Surface Methodology)是利用综合实验技术解决复杂系统的输入(随机变量)与输出(系统响应)之间关系的一种方法。1951年，Box和Wilson提出响应面方法，后来Box，Hunter，Draper等人对其进行了更加深入的研究。1966年，Hill和Hunter对响应面法进行了一些初步应用。1996年，Khuri和Cornell又对响应面方法进行了比较全面的论述。20世纪90年代后期，Florida大学结构和多学科优化课题组对响应面进行了系统的研究和应用。 本文将K-S函数和响应面方法用于铺层复合材料的优化：以铺层复合材料的铺层角度作为设计变量，以结构刚度最大作为目标函数，采用K-S函数建立优化模型；用响应面法将目标和约束转化为设计变量的显式表达式；以MSC.Patran软件为开发平台，以MSC.Nastran软件为求解器，借助MSC.PCL语言进行编程，开发完成了铺层复合材料铺层角度的优化程序。 2 用K-S函数建立优化模型 铺层复合材料发铺层数为n，以每一层的铺层角为设计变量，以结构刚度最大为目标函数，以结构最大应力不超过许用应力为约束。如果取一个最大位移点的位移最小为目标，建立优化模型如式（1），有可能出现迭代振荡现象。 （1） 为了避免这种现象，取多个最大位移点的位移最小为目标，建立优化模型如式（2），这就变成了多目标优化问题。
产品设计课程设计
目录 绪论题目的目的及意义 (02) 第一章感官台灯产品设计准备 (03) 第一节设计计划 (03) 第二节设计调研 (04) 第三节设计定位 (10) 第二章感官台灯产品设计创意发散 (11) 第一节设计草图方案 (11) 第二节草图方案评价 (16) 第三章感官台灯产品设计方案优化 (18) 第一节结构功能及材料优化 (18) 第二节人机及产品价值分析 (22) 第三节色彩分析 (27) 第四章定案及推广 (29) 第一节展板设计及市场推广 (29) 第二节包装及标志设计 (30) 结束语 (31)
绪论 题目的目的及意义 目的随着社会科技的不断进步，人类生活水平的日益提高，任何一件产品都不能只被赋予一种或两种功能或者意义。以感官台灯为例，从旧时期的简易照明灯具，到目前极具艺术气息的感官台灯，人们已经意识到，人与自然必须达到和谐的统一在能够在未来得到自然的庇护。因此在设计上，设计师用一系列有机体作为互动研究的材料。每个有机体都通过与生命感官的互动进行变形。这些感官和它们的机能基于多种理论研究。由生理能力与有机体结合的感官可以输入更多感知力。内置于每个有机体中的神经系统都拥有一个特殊的器官，它们服务于感官，并表现出各种不同的有机体机能。随着新表皮材料的发展和变形技术的革新，设计师用植物树脂，自然地形成复合材料，让最终形态具有有机的尺寸和韵律。所以感官设计并不是传统的功能再造或发明而是突破传统束缚在艺术和结构上的再创新与伟大实践，这样创造出来的产品才具有生命力。 意义就产品而言，感官台灯设计的意义要远大于台灯本身，我们的产品不仅是一件功能商品更是一件艺术品以及自然的“产物”这好比新能源汽车它的意义要超出设计本身，因为它可能会改变未来的能源格局。而对于设计来说，这样的过程无疑会增加我们对自然各种机制的认识，来帮助我们做更多的有利于自然的设计。
复合材料力学层合板若干问题解决
复合材料力学课程设计 一、 层合板失效载荷计算 1、 问题描述： 已知：九层层合板，正交铺设，铺设比为0.2m =。受载荷x N N =，其余载荷均为零。每个单层厚度为0.2t mm =。玻璃/环氧单层板性能：41 5.4010E Mpa =?， 42 1.8010E Mpa =?，120.25ν=，3128.8010G Mpa =?，31.0510t c X X Mpa ==?， 2.810t Y Mpa =?，14.010c Y Mpa =?， 4.210S Mpa =?。 求解：1、计算各铺层应力？ 2、最先一层失效的载荷？ 2、 使用mat lab 编程求解： 将输入文件“input.txt ”经由程序“strain.m ”运行，得到输出文件“output.txt ”。求解程序见附录一。 3、计算结果：（其中R 是强度比） 求单层刚度 Q1: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q2: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q3: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000
0.00000 0.00000 8800.00000 Q4: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q5: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q6: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q7: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q8: 55148.93617 4595.74468 0.00000 4595.74468 18382.97872 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 Q9: 18382.97872 4595.74468 0.00000 4595.74468 55148.93617 0.00000 0.00000 0.00000 8800.00000 求中面应变 Ez: 0.0306235*R -0.00290497*R
复合材料铺层设计
复合材料铺层设计 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
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？ 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ表示。所谓铺向角（铺层角） （2）层合板的表示方法？ 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ε1、ε2只与该点处的正应力σ1、σ2有关，而与剪应力τ12无关；同时，该点处剪应变γ12也仅与剪应力τ12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Ε1和Ε2、主泊松比ν12、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Y1、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Ε1>>Ε2，X>>Y；而且拉伸与压缩强度
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。
《复合材料结构设计基础》课程介绍
《复合材料结构设计基础》课程介绍 一、课程简介 《复合材料结构设计基础》是复合材料与工程专业的承前启后的专业方向课，它包含材料力学基础、弹性力学基础、材料设计、结构设计等，因而是具有立体性质的一个科学领域。其主要任务是使学生掌握复合材料结构设计的基础理论、基本知识和基本技能。通过本科程学习，要求学生掌握复合材料经典层合板理论、刚度和强度的计算方法、复合材料结构元件的分析和典型产品结构设计的基本步骤和方法等内容，为后续专业课的学习以及从事复合材料领域的生产和科研奠定坚实的理论基础；学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。 课程的主要教学内容包括： 第一章绪论 学习了解什么是复合材料特别是什么是纤维增强树脂基复合材料；了解复合材料的发展历史及现状；了解复合材料的结构设计的特点。 第二章单层的刚度与强度 掌握平面应力状态下单轴的正轴应力-应变关系等。掌握单层的偏轴应力-应变关系；掌握单层弹性模量、柔量及工程弹性常数的计算。掌握单层的弹性指标和单层的失效准则。 第三章层合板的刚度与强度 掌握层合板的表示法、掌握对称层合板面内内力与面内应力的关系。掌握几种典型对称层合板的面内刚度系数的计算。了解对称层合板弯曲矩与曲率的关系、掌握对称层合板弯曲工程弹性常数及弯曲刚度系数的计算。了解一般层合板的面内力与面内应变的关系、了解一般层合板工程弹性常数、刚度系数的计算。掌握如何依据单层的强度来预测层合板的最先一层失效强度。 第四章复合材料结构分析 了解在复材构件进行结构分析时所采用的弹性力学的基本方法。了解复材层合梁、薄壁梁等构件的分析方法及设计计算的基本公式。 第五章复合材料连接 了解复材连接方式、掌握胶接连接接头的内力与应力分析计算方法、了解胶
复合材料管道设计
课程设计实验报告 课题题目：纤维缠绕式复合管道的设计工艺与性能测试 目录 一课程设计的目的………………………………………………………………二课题背景………………………………………………………………… 三课题的设计过程………………………………………………………………四实验过程……………………………………………………………… 五结果与讨论……………………………………………………………… 六实验结论及改进………………………………………………………………
七体会……………………………………………………………………
一课程设计的目的 1.了解缠绕法制备玻璃钢管道的工艺流程。 2.知道玻璃钢管道的一些参数以及主要用途和优缺点。 二课题背景 管道是现代工业中流体（气体或液体）输送的重要材料，传统的管道有钢管、混凝土管和铸铁管，但由于其易锈蚀、质量大，已不能满足现代工业的需要，又由于玻璃钢的诸多优势，使得玻璃钢管道（简称FRP管）应运而生本次实验是采用缠绕的方法制备玻璃钢管玻璃钢管道玻璃钢管道简称FRP管道。具有耐久性好、摩擦阻力小，输运能力高，安装方便、耐化学腐蚀性强、使用寿命长等优点，可降低管道因维护、更换停产带来的损失，主要应用在石油、电力、化工、造纸、制革、冶金、城市给排水、废水处理及农业灌溉等。本次实验采用纤维缠绕的方法，以玻璃纤维为原料，pvb的乙醇溶液作为胶黏剂，制作玻璃钢管。和一般的金属材质的管道相比，玻璃钢管道有如下特性： （一）耐腐蚀性。 FRP管道能够抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的腐蚀。 （二）耐热抗冻性好。 FRP管的温度使用范围一般在-40℃~80℃之间，若先用特殊树脂其使用温度可达到更高。 （三）轻质高强，运输安装方便。 FRP管道的比重为~，与同压力、同管径的其他材质管道比较，FRP管道单位长度、重量约等于钢管的30％，因此运输安装十分方便，FRP管道每根长度可达12m，安装快速简便。另外可免除安装钢管所需的焊接和防锈、防腐处理等工序。 （四）摩擦阻力小，输送能力高。
《复合材料模具设计》教学大纲.doc
《复合材料模具设计》教学大纲 课程编号: 课程名称：复合材料模具设计/Composite Mould Design 学时/学分：32/2 先修课程：复合材料工艺与设备、复合材料学、复合材料力学、复合材料结构设计、机械零件学、机械制图学等专业基础知识。 适用专业：复合材料与工程 开课学院（部）、系（教研室）：复合材料系 一、课程的性质与任务 复合材料模具设计是复合材料与工程专业学生的一门重要的选修课程，旨在培养学生复合材料成型时模具设计的能力。通过本课程的学习，使学生获得： 1、复合材料产品的各种成型加工方法、复合材料产品的结构形式； 2、复合材料产品模具尺寸及所用材料与模具设计的相互关系； 3、复合材料产品模具设计的基本概念、基本特征； 4、复合材料产品模具材料设计； 5、复合材料产品模具加热设计与计算； 6、复合材料产品模具压机选型 等初步具有典型简单复合材料产品的模具设计能力，为复合材料新产品的开发与设计打下良好基础。 二、课程的教学内容、基本要求及学时分配 （一）教学内容 1、模具分类及模具材料（热塑性、热固性） 模具分类：热固性复合材料成型模具，如缠绕模具、模压模具、卷管模具、层压模具、注射模具、RTM模具、手糊成型模具。热槊性复合材料成型模具，如挤塑模具、模压模具、注射模具、吹塑模具。 模具材料：金属材料：普通碳素钢、合金钢、模具钢、低熔点金属。非金属材料：玻璃钢、石膏、橡胶、木材、石蜡、可溶性盐、混凝土。 2、复合材料模压产品压模模具设计 压模模具分类：溢流式压模，非溢式压模，半溢式压模，带加料式压模，半不溢式压模, 多腔式压模。 压模结构设计：模具型腔设计，加料室设计，导向机构设计，侧向分型抽芯机构设计, 脱模结构设计。 压模加热系统设计：模具加热热量衡算、模具加热功率计算、模具加热系统热量分配、模具冷却系统。 根据压模压模设计要求选型压机。
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
典型复合材料襟翼结构强度设计
典型复合材料襟翼结构强度设计 万建平1，李朝光2，杜龙2 (1.海装武汉地区军代局，湖北武汉430011；2.中航工业洪都，江西南昌330024) 现代飞机为了增加升力，提高机动性，减小大迎角下失速速度，改善起飞和着陆性能，在机翼前、后缘除布置横向操纵用的副翼和扰流片外，还布置了大量的增升装置，其形式很多，包括各类襟翼和缝翼[1]。 飞机的性能与飞机结构的重量密切相关，减轻结构重量是飞机研制工作中的主要目标之一。复合材料具有比刚度和比强度高、抗疲劳和抗腐蚀性能好等优点，在航空、航天结构中得到了广泛的应用，其应用范围已由最初的次承力结构扩展到主承力结构。目前，在新研飞机的翼面结构中大量采用复合材料，有些翼面结构甚至采用全复合材料设计[2]。 以往飞机襟翼多采用全金属结构，重量大，且装配变形较难控制，表面质量不高。本文采用等刚度设计原则，提出了一种典型复合材料襟翼结构设计方案，并进行了强度分析。1 复合材料襟翼结构设计 1.1 结构形式 在确定复合材料襟翼的结构形式时，对两种方案进行了详细的对比分析：一种采用梁式结构，另一种为全高度蜂窝夹层结构。梁式结构主要由上下蒙皮、金属梁、长桁和若干翼肋组成：蒙皮只承受剪应力；金属梁缘条承受绝大部分弯矩引起的正应力，剪力由梁腹板传递；扭矩由蒙皮和金属梁组成的闭室来传递；翼肋支持蒙皮和梁腹板并传递集中载荷。 全高度蜂窝夹层结构主要由上下蒙皮、金属梁和少量翼肋组成：弯曲载荷由金属梁缘条和被蜂窝芯材密集支撑的蒙皮共同传递；剪力由梁腹板和蜂窝芯传递；扭矩由蒙皮和梁组成的闭室来传递。由于有蜂窝芯对蒙皮的密集支持，因此除端部接头处安排翼肋外，可以取消其它普通肋。 摘要：提出了典型复合材料襟翼结构设计方案，包括结构形式及铺层设计。在此基础上，采用MSC. PATRAN建立复合材料襟翼有限元模型，利用MSC.NASTRAN进行有限元分析，给出了主要构件的强度计算结果，证明该设计方案合理可行，并满足减重设计要求。 关键词：复合材料；襟翼；结构设计；强度分析 Structur e and Strength Design of Typical Composite Flap Wan Jianping1，Li Chaoguang2，Du Long2 (1.Wuhan Navy Representative Office,Wuhan,Hubei,430011 2.AVIC Hongdu Aviation Industry Group, Nanchang, Jiangxi, 330024) Abs t r ac t：Including structure configuration and layer design, the structure design plan of typical composite flap was proposed in this paper. Then the model of composite flap was established with MSC.PATRAN,and the strength of the flap was analyzed with MSC.NATRAN software. The results showed the design plan of composite flap is feasible and satisfied with the weight reducing requirements. Key wor d s：composite; flap; structure design; strength analysis
食品包装学课程设计
食品包装学课程设计 题目牛奶的复合包装设计 学院食品科学与工程学院 专业食品科学与工程专业 年级 2010级 姓名 XXX 学号 2010113070 指导老师杨富民
牛奶的复合包装设计 一、设计名称：牛奶的复合包装设计 二、设计人：XXX 三、委托单位：XXX 四、设计内容（正文） 1.设计依据： 1.1牛奶的特性 牛奶营养极其丰富,每100 g 牛乳含水份约87 g ，蛋白质3 .1 g，脂肪3 .5 g ，碳水化合物6 g ，灰分0 .7 g , 钙120 mg ，磷90 mg ，铁0 .1 mg , 硫胺素0 .04 mg , 核黄素0 .13 mg , 尼克酸0 .2 mg , 抗坏血酸1 mg , 维生素A140 IU.此外,牛奶中的矿物质种类也非常丰富，除了我们所熟知的钙以外，磷、铁、锌、铜、锰、钼的含量都很多。 1.2牛奶变质的原因 牛奶是微生物的天然培养基，在环境中受到氧气、光线、温度、尘埃等因素作用，易发生腐败变质。引起牛奶败坏的因素主要为： 1．微生物的影响 受到微生物污染后会出现酸败、发臭、发粘、结块、变色。 2．脂质的氧化 牛奶中脂肪的含量都较高，一般以脂肪球粒或游离脂肪存在，所以在氧气作用下，脂肪被激活，乳脂肪就在脂肪的作用下分解产生游离脂肪酸，从而带来脂肪分解的酸败气味，特别在温度较高时这种作用就会更明显。 3．光辐 光照使牛奶变味，营养成分遭破坏，使各种维生素及胡萝卜素分解。 4．冷冻 冷冻使鲜乳发生凝聚、分层、引起异味，破坏了牛奶的物理结构。 1.3牛奶包装要求 由上可知，应有足够好的阻气、阻光能力。此外，由于牛奶的水分约为87.5%,所以要有优异的阻湿性能。牛奶极易吸收外界的异味，使牛奶的香味受到感染。因此，包装材料印刷油墨热封时分解的异味必须严加控制。 牛奶的消费人群跨度广博，因此需要从消费者对产品的心理需求中提炼共性，以更好地为包装系统设计打下基础。从包装装潢上考虑，因为牛奶作为一种日常营养食品，消费者对其恒久的心理期望，就是绝对的绿色，天然，至鲜至纯。因而在对其进行装潢设计时，总的基本点是绝不能违反的——那就是健康、营