碳纤维结构设计(碳纤维构件)

本篇文章给大家谈谈碳纤维结构设计，以及碳纤维构件对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔，本文目录一览：，1、，碳纤维复合材料在卫星天线结构中的铺层设计，2、，碳纤维结构加固技术的技术标准，3、，碳纤维截面与力矩剪切力的关系，4、，什么是碳纤维0度和90度铺层，5、，碳纤维有什么优缺点，可以应用到什么领域？

本篇文章给大家谈谈碳纤维结构设计，以及碳纤维构件对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。

本文目录一览：

1、碳纤维复合材料在卫星天线结构中的铺层设计
2、碳纤维结构加固技术的技术标准
3、碳纤维截面与力矩剪切力的关系
4、什么是碳纤维0度和90度铺层
5、碳纤维有什么优缺点，可以应用到什么领域？
6、房屋结构梁碳纤维加固设计U型箍宽度应为多少

碳纤维复合材料在卫星天线结构中的铺层设计

随着航天技术的发展，宽频段、高增益、大口径的天线在航天领域的应用越来越广泛。众所周知，卫星对质量非常敏感而太空环境十分恶劣温度变化剧烈，因此需要寻找合适的材料来降低天线的质量，以便提高这些天线的环境适应能力。

碳纤维复合材料是以树脂为基体、碳纤维为增强体的复合材料具有质量轻、模量高、热膨胀系数低等特点。碳纤维本身具有导电性，在一定的频率范围内能够完成天线电磁波的发射或接收，能够承受住一定的功率。因此用碳纤维复合材料制作的天线不仅能保证天线的电性能，而且质量轻、比强度高、抗冲击振动能力强，能承受高低温循环、热真空等严酷的环境的考验。

碳纤维复合材料是一种各向异性材料，沿纤维轴方向和垂直于纤维轴方向的电磁、热、力学性能都有明显的差别。这样的各向异性给设计带来了更多可选择性，研发人员可以通过合适的铺层方向和层数来满足强度、刚度和其他特殊要求，为结构的优化设计提供了巨大的设计空间，这一点是传统的金属材料不能比拟的。

碳纤维复合材料中的碳纤维和树脂的性能差别很大，碳纤维丝束各向异性轴向和径向性能相差很大，而树脂在固化过程中收缩较大。因此合理的铺层设计是碳纤维复合材料天线取得较佳的机械性能和电性能的关键因素。

由于碳纤维轴向和径向的热膨胀系数相差较大，因此只有采用准各向同性对称铺层，并利用高模量纤维轴向热膨胀系数为负值，来抵消径向较大的热膨胀系数，才能使各向热膨胀系数接近“零”，以此保证星载天线在高低温变化剧烈的太空环境中保持稳定的型面精度。

在碳纤维铺层设计中尽量减少纤维断口和搭接，同时保证纤维铺放有序，重点保证铺层的对称性，以减少翘曲变形来提高天线部件的精度。由于碳纤维材料严重的各向异性，在平面内会产生特殊的拉剪耦合效应，因此除了采用0 、90 的正交铺层外应尽量采用 θ 方式的铺层设计使纤维方向在分层的平面内均匀分布。

碳纤维复合材料面天线的电性能指标主要取决于面天线内表层材料的导电性。因此面天线内表层材料优选M系列高模量的碳纤维，以保证天线较低的驻波和较高的增益指标。其余增强层选强度较高、价格相对便宜的T系列碳纤维。将高模量的M系列和高强度的T系列碳纤维组合使用，在天线的电性能、刚强度、价格等方面进行折中以满足工程应用要求。

碳纤维结构加固技术的技术标准

国内最早通过的规范是2003年《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》，其编号为CECS146：2003, 已经被最新的国家标准规范2006《混凝土结构加固设计规范》代替,其编号为GB 50367-2006. 碳纤维加固最近的国标是《结构加固修复用碳纤维片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日起执行。《工程结构加固材料安全性鉴定技术规范》

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面，使两者共同工作，提高结构构件的（抗弯、抗剪）承载能力，由此而达到对建筑物进行加固、补强的目的。

碳纤维增强聚合物（CARBON FIBRE REINFORCED POLY-MER简称CFRP，也称为碳纤维增强塑料）是由环氧树脂粘高抗拉强度的碳纤维束而成的。使用碳纤维布加固具有以下几个优点：A、强度高（强度约为普通钢材的10倍），效果好；B、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性；C、自重轻（约200G/`M^2`），基本不增加结构自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，适用范围广；D、施工简便（不需大型施工机构及周转材料），易于操作，经济性好；E、施工工期短（本工程实例仅用一周）；因此，碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。

碳纤维加固技术适用于各种结构类型，各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构，要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可；另外，砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。

可以使用加固材料即用改性环氧树脂粘贴各种符合国标GB50367-2006规定的碳纤维单向织物布复合材,S玻璃布,(玄武岩布),E玻璃纤维单向织物布及GB/T221491-2008规定的芳纶布,芳玻韧布复合材

它具有粘贴钢板相似的优点外，还具有耐腐浊、耐潮湿、几乎不增加结构自重、耐用、维护费用较低等优点，但需要专门的防火处理，适用于各种受力性质的混凝土结构构件和一般构筑物。

碳纤维截面与力矩剪切力的关系

碳纤维布用于桥梁加固时，可对承受弯矩和剪力的构件的正截面承载力进行加固，增强斜截面的承载力，加强截面的剪力。此外，碳纤维布也可用于加强压杆。

(1)加强前截面承载力

用碳纤维布加固受弯构件的前截面承载力时，一般采用图中所示的粘贴法。

在横梁底部粘贴一层或几层碳纤维布，其横截面如图所示。如有可能，应将碳纤维布粘贴到图中的U形横截面中，这样才能进一步提高横截面前横截面的承载能力。根据“混凝土结构设计原则”中前截面承载力的计算方法，可以定量计算粘贴层数。计算中仍采用平截面的假设，适当考虑碳纤维布强度的降低(一般碳纤维的强度不能充分利用)，建议取其强度的60%。

(2)加强斜截面的弯曲抗力和截面的剪切力。

当碳纤维布用于增强斜截面的抗弯性能或提高截面的抗剪性能时，一般采用图中所示的粘贴法。将碳纤维布切成条状，粘贴在横梁的侧面。粘贴方向应与梁的主拉应力轨迹一致。这样，碳纤维布就能充分发挥其抗拉强度，防止混凝土开裂，从而提高梁的抗剪性能。在计算时，还可以考虑碳纤维布在“混凝土结构设计原则”中考虑弯钢筋抗弯抗剪性能的作用，进而确定碳纤维布的用量。

什么是碳纤维0度和90度铺层

碳纤维0度和90度铺层是对材质的一种描述碳纤维结构设计，碳纤维制品大部分是采用碳纤维布或预浸料制作而成碳纤维结构设计，无论哪种方法碳纤维结构设计，对于碳纤维布的铺层结构设计是整个碳纤维工艺过程中非常重要的一个步骤。碳纤维制品由于碳纤维拥有极高的材质特性碳纤维结构设计，因此碳纤维制品的强度大碳纤维结构设计，硬度高，远超过同体积同重量的金属材质。因此，碳纤维制品在航空、航海、军工等高科技工业领域有着广泛的应用。

碳纤维有什么优缺点，可以应用到什么领域？

碳纤维复合材料在汽车领域的应用主要是在汽车刹车片、汽车传动轴、缓冲器、车身、汽车内饰以及发动机零件等，可有效降低汽车自重并提高汽车性能。

1、成本太高

与钛合金相比，碳纤维复合材料车用部件的价格有过之而无不及，一些常见碳纤维车用部件的价格可能是传统材料的好几倍，而较大尺寸的碳纤维车用部件价格甚至超过万元。这主要是因为部分碳纤维部件的制作过程需要很多的手工，并且报废率很高，造成成本的大量上升。

2、变形几乎无法修复

这也是碳纤维单体壳车身无法大规模铺开的重要因素。由于碳纤维复合材料并不具备金属材料的延展性，所以一旦出现了由外力导致的形变，也就意味着碳纤维单体壳车身内部的碳纤维已经出现了断裂或者是层间树脂脱层。而断裂的碳纤维以及脱层的树脂是无论如何也不可能接起来的，那么碳纤维单体壳车身只能报废。相比之下，裂纹还可以补上几层碳纤维进行修复。

3、碳纤维单体壳车身结构设计复杂

一般来说，框架式的车身在设计时，只需要对车身整体进行结构设计，因为金属材料有着各项同性的材料特性。顾名思义，各项同性的意思就是指物体内部的物理、化学等性质不会因为方向的不同而有所变化，即某一物体在不同的方向所测出的性能数值完全相同。就比如说同一块钢板，性能放在哪都是一样的。那么在设计过程中，金属材料只需要考虑一个方向就可以。以常用的杨氏模量、泊松比、剪切模量等参数来看，只需要运用一次就可以完成计算。但是碳纤维复合材料就不是这么个情况，碳纤维复合材料的特性是各项异性。

4、碳纤维材料的寿命短

当然碳纤维本身是没有问题的，问题是出在作为复合材料基体树脂上。树脂的耐久性要弱于金属。光老化、高低温、酸碱性都会加速其老化过程，继而产生发黄、龟裂、发脆等问题。这个道理和咱们总会遇到的普通塑料零件的老化是一样的。