航空航天领域对复合材料充满热情。但在一些方面,如在喷气式飞机项目中,复合材料已被使用了几十年,但它们的设计、处理和后处理方式与金属类似。原因是,本质上复合材料的设计极其复杂,模拟或估算复合材料的性能的理论还不够完善,所以有时会将对于金属的加工方法简单粗暴地应用于复合材料。纤维增强复合材料与金属最大的区别是,它们是各向异性的——而金属是各向同性的。市面上绝大部分的的设计方法都是针对各向同性材料创建的。

用处理各向同性材料的方法处理复合材料可不是一个好主意,基本上扼杀了复合材料的所有优点。一种方法是,工程师创建类似各向同性的复合材料,然后将其视为各向同性材料——在所有方向上分层,然后采用与金属相同的方法处理。下面是铝制件和连续碳纤维增强件(CFRP)的强度和密度比较:

Anisoprint CEO费多回忆:“在成立公司之前,我们就将研究工作的重点放在模拟复合材料的优化上,并在设计过程中更合理地利用复合材料的定向特性。”

各向同性材料的抗应力模式是球形的,意味其在所有方向上都是均匀的。然而,材料强度只在一个方向上,在其余方向是多余的。在传统的设计中,运用各种方式优化,但只有浅层意义上的形状得到改变。而各向异性的复合材料允许优化形状、性能和内部结构——所以这是另一个优化维度,使材料在所需的点和方向上精确发挥性能。

自然界中到处都有这样的例子:树木和草含有纤维材料,甚至动物和人体也有纤维(胶原蛋白)存在于肌肉和皮肤中(如下图所示)。所以纤维在自然界无处不在——这意味着它是节能的,且对进化有利。至于金属,自然环境中虽然到处是金属,但大自然似乎还没有找到用它们组建结构体的方法……这不禁促使我们思考:复合材料拥有自然选择优势,是否是因为更接近自然结构?毕竟自然界的自适应促进了不断的进化和选择。事实上,各向异性材料的拓扑优化和生成设计,和自然进化有着某种程度相似的方法论——尽管不全部相同。

现在,在建筑业中,用复合材料取代金属已经成为一种趋势,虽然这种设计可能有些超前。但在未来,如何将纤维增强复合材料更多地运用到更多领域,复合材料能否逐渐取代金属,都是值得思考的议题。

现在,在建筑业中,用复合材料取代金属已经成为一种趋势,虽然这种设计可能有些超前。但在未来,如何将纤维增强复合材料更多地运用到更多领域,复合材料能否逐渐取代金属,都是值得思考的议题。

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Published On: 14 10 月, 2022 / Categories: 公司新闻, 行业动态 / Tags: , , , , /

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