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碳纤维复合材料在飞机结构中的应用优势有哪些?
作者:管理员    发布于:2020-08-04 09:03:52    文字:【】【】【

碳纤维复合材料对于飞机具有十分重要的意义,不仅可以促进飞机结构重量的减轻,并且可以进一步增加结构强度。随着碳纤维复合材料技术的不断发展与成熟,碳纤维复合材料被广泛的应用在军用与民用飞机上,使用量也在不断的增加。随着碳纤维复合材料相关产业日益壮大,复合材料逐渐成为稳定成熟的飞机制作材料。
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有质量轻等一系列突出的性能,在对重量、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域以及要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都具有很大优势。下面讲述一下碳纤维应用在飞机结构中的优势有哪些。


1、高比强度与高比模量
比强度是指拉伸强度和密度的比值,比模量是指弹性模量和密度的比值。碳纤维复合材料的密度虽然只有钢材的五分之一,但是其比强度几乎和钢材的强度一样,并且碳纤维的比模量是钢材的4倍,甚至更高。一方面,碳纤维复合材料的加入可以减少飞机制造的结构重量;另一方面增加了飞机结构的强度,从而为飞机带来良好的经济效益。


2、良好的抗疲性能
碳纤维复合材料的疲劳特性主要影响因素是压缩应变和高应变水平。疲劳性能通常进行压-压(R=10)和拉-压(R=-1)的疲劳试验,而金属材料一般进行R=0.1的拉-拉疲劳试验。相比于金属零件,尤其是铝合金,碳纤维零件具有优异的疲劳性能。一般来讲,碳纤维复合材料之中存在大量的纤维,由于碳纤维具有一定的韧性,并且紧密的粘贴在一起,从而促使其成为一个整体。如果构件中存在一部分的碳纤维断裂,其他完好无损的纤维可以对构件载荷进行重新分配,构件在短时间内不会出现断裂,材料的断裂安全性比较好。


3、较好的减震性能
碳纤维复合材料的高模量决定其震动频率会比较高,这主要是因为受力结构的振动频率和结构材料的比模成正比的关系。较高的自振频率决定了碳纤维复合材料具有较强的吸震能力,不但可以避免飞机结构件在工作状态产生共振现象,而且可以有效地保护飞机不受振动损坏。复合材料中一般具有高韧性基体材料,从而具有较明显的减震性能。


目前,碳纤维除了在飞机上应用,无人机、模型飞机等也开始使用碳纤维复合材料,其应用前景广阔,市场竞争力强。

脚注信息
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