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本文重点介绍复合材料设计的基础知识，并提供实现此类设计的分步指南。这里介绍的方法的主要区别在于，它将制造和材料视为设计过程的一个组成部分。

复合材料设计思维基础

设计复合材料零件的两个基本决策是材料的选择和所采用的结构形式。该博客概述了设计要求、约束、原则和决策。

材料的选择是技术、制造、商业和战略因素之间的折衷。结构形式的选择是为了在可接受的制造成本下大幅减轻重量，特别注意主导设计的四个技术因素。

1. 在存在内置和意外引起的应力集中的情况下进行完整性设计

2. 结构稳定性设计

3. 服务环境的完整性设计，包括湿度和高温暴露的影响

4. 设计和测试余量为结构性能的预期变化提供足够的余量。

复合材料零件设计流程中的步骤1. 设定计划目标

• 通过测试复合材料制成的零件来设计、开发、制造和演示

• 体现可能用于中小批量生产的设计原则和制造方法，以：

• 与现有金属形状的相应结构相比，至少节省 X% 的结构重量

• 用于结构健康监测的嵌入式传感器

• 将多个较小的组件合并为一个大型组件

• 通过工作流程自动化和数字化与数字供应链集成

• 保持至少等于当前金属部件的安全标准，并体现设计原则以满足未来的损伤容限要求

• 体现适合演变成具有成本竞争力的结构的材料和制造方法。

2. 一般设计要求及其影响

• 主要结构将能够替换或适应组件的新设计

• 边界几何形状与金属零件相同；

• 操作的关键功能

• 安装点

• 移动元件/铰链和传感器

• 载荷工况

3. 运行环境及设计标准

• 环境恶化

• 可变性和安全裕度

• 缺口敏感性和损伤容限

4. 轻量化结构设计要牢记的关键属性

1. 基于文献/经过验证的设计和轻量级设计原则的第一个设计决策如下

1. 最大限度地减少传递力的材料量

2. 搜索完全受压的设计

3. 设计应力场，而不是组件

4. 避免弯曲应力：梁在桁架系统中分解

5. 可以长距离传递拉力，短距离传递压力

6. 短路力减少资源的使用

2. 只有在现有设计不满足要求时才进行新的设计探索

3. 皮肤设计

4. 内部构件设计

5. 加盟界面设计

6. 制造审查设计

7. 任何更改/考虑 - 返回步骤 1（结构设计）

5. 材料选择、制造与结构分析

1. 从粗纱、预浸料、机织物、针织物、无屈曲织物等中选择原料。

2. 工艺选择依据

1. 组件几何形状

2. 生产规模

3. 工装

4. 零件尺寸

5. 自动化

3. 可能路线的结构性能

1. 预赛

2. 厚度、质量和材料成本

3. 工艺成本

要点

1. 确定重新设计/设计过程的目标是什么

2. 定义新零件将实现的关键目标

3. 列出该部件的应用和操作要求

4. 在深入设计过程之前，请确保轻量级设计原则得到检查

5. 经历设计的迭代过程，直到设计、工艺和材料不满足大部分设定的标准。

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自李彬彬科学网博客。
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