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复合材料的应用2
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来源:足球体育直播    发布时间:2024-02-23 23:50:11

   波音737、757、767及MD-82、 MD-83、MD-87、空客A310等 飞机的复合材料用量接近飞机 总重量的10%;  空客A340复合材料用量达到了 20%;  已经商业运营的历史上最大的 民用飞机空客A380,复合材料 占机身总重的25%。

   A、复合材料制成的机身框架和机翼龙骨结构。  B、在压力舱后部的后机身采用复合材料,垂直尾翼完全 由碳纤维增强塑料制成,高14.1米,宽 12.9米。

   复合材料已经在多个国家多个型号的军用飞机上得到应用, 如美国海军的F-14、V-22,美国空军的F-15、F-16、 JSF、F-18E/F、F-22、B-2(轰炸机)。  其中F-22的复合材料用量达到机身总重量的25%, B-2 使用了同时具有结构功能和隐身功能的多功能复合材料, 如图所示,不仅有效减轻重量,同时提高了突防能力。  无人机“蒂尔III”、“掠夺者”大量使用的结构隐身复合 材料,用以减轻重量和提高隐身性能。

  合材料。 美国的AH-64D“阿帕奇”和RAH—66“科曼奇”直升机采用全复合材料 无轴承旋翼系统; “科曼奇”的机身隐身复合材料用量占机身结构重量的90%,除了大大降低 重量外,还使其雷达散射积下降了99%。 在2004年的法国巴黎举行的UAV国际会议上,战术航宇集团(TAG)展示出 新型TAG-M65和TAG-M80复合材料无人直升机,这种新型直升机采用全 复合材料机体,在它们的结构和设计上具有独特性。

  (1)PPG公司生产的部分热塑性汽 车部件,如图11所示。该公司生 产的汽车部件最重要的包含:  GMT(增强热塑性片材),  LFT-G(长玻璃纤维增强热塑性 塑料),  LFT-D(长玻璃纤维增强热塑性 直接制品)。

         航空 航天 汽车、火车、船艇 风力发电 运动器材 生物医疗 民用建筑

  末期的目标是结构重量的35%是复合材料。 1)波音公司:747、757、767、777、787,复合材 料分别为1%、3%、9%、11%、50% 50%用碳纤维复合材料,燃油消耗下降50%,结构 整体性提高——减少了零件连接和零件个数。 2)航天飞机:利用耐高温性 机头、机翼温度最高1430℃,机身、翼下650-1200 ℃ 3)宇宙飞船:利用小的热膨胀系数 飞行过程温差大,-200-80 ℃

  航空航天 (4)研制中远程导弹时:  一方面大量使用结构复合材料减轻自身重量,以 获得打得更远、飞得更快的目的;  另一方面积极使用多种功能复合材料以提高导弹 的突防能力,如大量使用防热、抗烧蚀、隐身、 透波、人工介质等功能复合材料或多功能复合材 料。  可以说,当今世界上在役和正在研制的中远程导 弹不能离开先进复合材料。图10中的几种型号导 弹,都大量使用结构和多种功能复合材料。

  (5)1999年在瑞典Basel建成的一座5层建筑,这 座建筑的框架、门窗及部分室内设施完全由玻璃 钢组成,可称使用复合材料构件的经典,它的成 功证明了玻璃钢能够适用于中型建筑。 (6)西班牙建筑商在日前竣工的连接北部阿斯图 里亚斯机场的一段公路桥上,使用轻型碳纤维复 合材料取代传统钢筋混凝土作为桥面下方起支撑 作用的大梁,这一尝试获得成功。

  虽然复合材料目前成本比较高,但 其重量仅为钢筋混凝土大梁的15%。 建筑公司借助一台轻型起重机, 仅用3天时间就可将复合材料制成 的大梁安装到位,整座公路桥数 周内便全面竣工,快速缩短了工 期。 工程师们在大桥破损的位臵粘上 碳纤维和聚合板,以起到加固作 用,使用复合材料加固古代建筑 物几乎不留痕迹。 建筑有经验的人指出,在“9· 11”恐怖袭 击事件中,美国五角大楼被飞机 撞击的部分墙壁就曾被碳纤维复 合材料加固过,否则将导致更多 经济损失和人员伤亡。

   复合材料因其自身的优点,使其应用领域不断扩 大,当前的复合材料在航空航天、国防领域的应 用更为普遍,并且已经不再局限于其中,在汽车、 火车、船艇、风力发电、运动器材、生命工程、 民用建筑等方面也扮演着越来越重要的角色。复 合材料尤其是先进复合材料得到了长足的发展。 近年来,复合材料的最新发展主要体现在如下四 个方面:①增强体和基体的性能进一步提高,种 类有所增多;②成型工艺不断完善;③材料功能 不断拓展,多功能复合材料出现;④应用领域日 益扩大,非军用市场潜力巨大。

   通过材料的设计,构件的不同部位可具有 不同的刚度。可用作牙托、假肢、骨骼、 关节、定位杆、人造腱等。复合材料人造 血管、机械心脏瓣膜等已经得到应用,各 种复合材料安全防护及治疗器件发展迅速。

  在过去的8—10年中,复合材料开始应用在民用建筑工程行 业,目前,这一行业的应用已占据了复合材料市场的30% 左右,下面列出了一些新的应用实例: (1)用纤维增强塑料(简称FRP)做混凝土的增强物而代替 钢筋,尤其是在那些维修费高的防腐蚀工程中; (2)维修或加固,对于现存的混凝土结构,如受损坏的桥 面等,FRP加固带可以很容易地粘在桥下面。 (3)火车站站台类建筑,一般台顶在60米长,8~10米宽, 玻璃钢非常适用这种轻质高强的要求。 (4)1991年在苏格兰建成的全世界最长的复合材料桥梁, 全长113米,至今这座桥已在苏格兰恶劣的气候条件下完 好的使用了10多年。

  (3)以可重复使用X-33飞行器(该计划已经被其它计划代 替)为例: A、其头部和尾翼前缘使用耐高温的C/C复合材料, B、其它部分以石墨/环氧复合材料为主, C、燃料贮箱的箱间桁架结构为碳纤维复合材料热成型管, D、连接发动机与两个液氢贮箱的多功能推力桁架由石墨/环 氧复合材料和硼-石墨/环氧混合复合材料制成, E、液氧贮箱采用2195铝锂合金或石墨/环氧树脂复合材料, 如图8、9所示。

  OC公司除生产出GMT和LFT汽车产品部件外,并专门开发了用短切纤维增 强PA。国内许多汽车部件配套厂家生产玻璃纤维增强塑料的汽车部件,如保 险杠等,90年代深圳的一家汽车公司生产出全玻璃钢的车身的中华轿车。

  图12 PPG公司生产出各种热塑性汽车部件 (2)复合材料用于火车车厢的制造已经有一定历史了,近年来,纤维增强阻燃 树脂制造火车车厢更为普遍。如图13所示。 (3)国外纤维增强聚脂复合材料在制造的船艇的结构件和水下防腐构件方面占 复合材料总用量相当大的比例。我国也有很多利用玻璃纤维增强树脂制造渔船和 快艇生产厂家 ,如图14所示。

   风力发电是重要的洁净能源之一,美国风能协会AWEA报 导世界风力发电能力在逐步扩大,1996—2001年的6年期 间,世界风力发电能力平均每年递增32.6%,1996年底世 界风力发电总能力为6070MW,到2001年底,世界风力发 电总能力达23300MW。  风力发电装臵核心部件是转子叶片,叶片成本占风力发 电机组总成本的20%,叶片的设计和采用的材料决定风力 发电装臵的性能和功率,也决定风力发电每KWh的价格, 轻质且高效的材料选择很重要。复合材料的众多优点, 使其成为风力发电机转子叶片的首选材料。  采用玻璃纤维增强环氧树脂作为叶片材料时,19m长叶片 一片的重量为1000kg,34m长的叶片,采用玻璃纤维增强 环氧树脂时重量为5200kg,由此可见,随着风力发电的 推广和装机容量的提高,复合材料在该领域的用量和市 场前景被看好。

   (1)火箭上的复合材料的主要应 用部位有整流罩、承力筒、卫星 支架、发动机喷管、发动机叶片 等。  (2)以ARIANE 5火箭为例,图5 中的1~8的部位都使用了高强度 的结构复合材料,图中5~8位置 即火箭上半部几乎全为复合材料 结构,包括高7.2m,直径5.4m 的主承力筒。