【复材资讯】根据碳纤维路径设计碳纤维铺层

来源：中国复合材料学会

碳纤维复合材料结构中的主要承载材料为纤维，纤维方向的可设计性是其特点之一。迄今为止，对预浸料铺叠成型复合材料结构中的纤维方向的定义都很笼统，一般只是规定了结构中某一点的纤维方向，其余纤维并行铺放。

本篇文章基于对碳纤维复合材料结构中某一组合单元在指定方向上应具有最大承载能力的要求，提出了纤维路径的概念，并由每层纤维并行排列、连续纤维均布性、纤维面密度值固定的规定，引申出每层纤维的连续性和连续纤维均布性指标，提出了最大铺叠宽度和最小铺叠宽度的工艺参数，并针对一些典型曲面的纤维路径提出了铺叠工艺的实施方法。

什么是纤维路径

根据相关人员介绍，在复合材料结构中，纤维是主要承载材料，纤维只有在张紧状态下才能承受最大载荷。纤维张紧时，其路径是曲面上最短的，而曲面上最短的距离一定是测地线。

以飞行器为例，在飞行器复合材料结构的主要功能是传载荷承载，由纤维和树脂组成，基于此，以0°为例，飞行器结构中复合材料中下纤维路径可定义为：某一层某一根的纤维路径都应与这一层的主应力一致。

纤维密度为定制时的纤维路径

曲面上复合材料的某一层的纤维面密度为定值且预浸料中的并行纤维之间不能滑移时，纤维的路径定义如下：先确定曲面上各个区域的连续纤维的宽度，且此宽度必须近似可展，按此宽度的位置在各个对应区域上做测地线，这些测地线即为这些连续纤维的路径，断纤维方向应尽量与连续纤维路径一致。

由于纤维是有最小带宽的物质，在不交叠的情况下不可能完全按照理想的纤维路径铺放，在路径密集的地方就需要进行处理。如果零件厚度不增加，纤维通过这一截面的根数是一定的，由于截面面积的改变，所以这种处理只有是切断纤维。

这样，根据前两种定义，纤维在通过这一截面时可保证连续纤维数量的最大值。

文章来源：挪恩复材

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