碳纤维复合材料结构设计要点

强度与刚度

既然是结构部件，那么设计者首先要考虑的是强度和刚度。部件在外力载荷的作用下，有抵抗变形与破坏的能力，但是这个能力又是有限度的。

如何确定部件的使用载荷，不会超出部件的能力极限，是通过材料力学计算得出。而部件的这个能力极限，就是碳纤维复合材料结构设计者需要考虑的问题。

通过合理的搭配纤维和树脂，优化纤维排布，用最少的材料，满足设计需求，体现了复合材料设计者精湛的技巧。不过决定复合材料强度与刚度的因素，不但与纤维和树脂的种类有关，还与碳纤维的铺层方向以及层与层之间结合搭配有关。

所以，设计者在设计碳纤维复合材料结构部件时，需要考虑三个层级结构的力学性能。

由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何(各相材料的形状、分布、含量)和界面区的性能。

由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何(各单层的厚度、铺设方向、铺层序列) 。

最顶层结构是指通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。

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