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一般疊層積層板為由單層復合材料板依據(yī jù)所需角度積層成為多層板。復合材料結構為依結構所受軸力、彎矩、剪力與扭力的大小,由受力情況決定復合材料積層板疊層特性(疊層方向與數量)。并於復材積層板疊層設計時鈴須考慮,避免疊層積層板因受簡單力作用,產生的偶合效應。經由受力與對稱性考量后,可決定復合材料結構復材疊層方向、數量與順序,如此便可決定積層板潔構承載與變形能力。
關於復合材料(Material)結構受力破壞(vandalism)模式(pattern),特做以下之說明:
其一,結構復合材料基層板承受與纖維方向0º同方向之荷重,受軸拉力後破壞(vandalism)模式說明如下述:
1、積層板纖維方向與軸力方向0º同向,受力後纖維斷裂(fracture),且樹脂剪力破壞(vandalism)。
2、積層板纖維方向為±45º軸力方向為0º;受粒後因樹脂(Resin)與纖維積和強度(strength)不足導致破壞。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。
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3、積層板纖維方向與軸力方向0º同向,受力後因樹脂與纖維接合弦度不足,導致(cause)積層板沿著厚度方向破壞(vandalism)。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。
4、積層板纖維方向為0º;軸力方向為90º;受力后因樹脂(Resin)強度不足導致積層板破壞(vandalism)。
其二,復合材料結構承受其他形式荷重時,其可能破壞(vandalism)模式如下述:
1、此結構為承受彎矩荷重,此結構復材積層板纖維方向以軸向為主,已承擔梁頂拉力或壓力。當受載重破壞時,破壞模式可能(maybe)為纖維斷裂(fracture);積層板間層與層脫層。上述為較佳的設計;為大部分構件破壞均為發生此現象,此為纖維與樹脂(Resin)間的界面弦度不足所造成,提升此部分強度可增加彎矩承載力。
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2、扭力荷載結構,此結構為承受扭力荷重,積層板纖維方向以±45º為主。當受載重破壞(vandalism)時,破壞模式(pattern)可能(maybe)為樹脂剪力度不足破壞;積層板間層與層脫層提升樹脂弦度與增加積層板間的介面強度(strength),可以改善上述情況(Condition)使扭力承載力提升。
3、軸壓荷載,此結構為承受軸壓荷重,積層板纖維方向以0º與90º為主。當受載重破壞(vandalism)時,破壞模式(pattern)可能為因纖維局部(part)挫區;樹脂(Resin)橫向張力(解釋:物體受到拉力作用時的相互牽引力)破壞;樹脂剪力破壞,纖維無局部挫區。改善上述情況可以提升樹脂弦度,使承載力提升。
由上述說明可知,大部分的復合材料(Material)結構受載種作用時,不論是承受單純的軸力、彎矩、扭力、剪力等單一荷重或其合成載重。碳纖維生產傳統的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。當結構受載重破壞(vandalism)時,破壞主要發生的原因為樹脂剪力強度不足;樹脂與纖維接合弦度不足;積層板問的介面強度不足。要改善結構弦度避免結構因上述原因提前破壞,除了適當的結構配置與適當的纖維疊層方向外,為一方式方法就是改善復合材料的材料特性,使提升樹脂強度與樹脂、纖維間的介面弦度。
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