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碳纤维复合材料在飞机结构中的应用优势有哪些?

更新于:2020-07-03   来源:江苏博实碳纤维   点击:277次

碳纤维复合材料对于飞机具有十分重要的意义,不仅可以促进飞机结构重量的减轻,并且可以进一步增加结构强度。随着碳纤维复合材料技术的不断发展与成熟,碳纤维复合材料被广泛的应用在军用与民用飞机上,使用量也在不断的增加。随着碳纤维复合材料相关产业日益壮大,复合材料逐渐成为稳定成熟的飞机制作材料。

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碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有质量轻等一系列突出的性能,在对重量、刚度、疲劳特性等有严格要求的领域以及要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复合材料都具有很大优势。为了解更为详细的碳纤维在航天领域的应用,小编邀请了一直致力于碳纤维在汽车、医疗、航空航天等领域应用先进碳纤维复合材料的江苏博实碳纤维科技有限公司技术部的戚工,来为大家讲述一下碳纤维应用在飞机结构中的优势有哪些。

1、高比强度与高比模量

比强度是指拉伸强度和密度的比值,比模量是指弹性模量和密度的比值。碳纤维复合材料的密度虽然只有钢材的五分之一,但是其比强度几乎和钢材的强度一样,并且碳纤维的比模量是钢材的4倍,甚至更高。一方面,碳纤维复合材料的加入可以减少飞机制造的结构重量;另一方面增加了飞机结构的强度,从而为飞机带来良好的经济效益。波音787与波音747的飞机结构上大量的使用碳纤维材料,各自平均每年可以节省大约26000美元的燃油费。

2、良好的抗疲性能

碳纤维复合材料的疲劳特性主要影响因素是压缩应变和高应变水平。疲劳性能通常进行压-压(R=10)和拉-压(R=-1)的疲劳试验,而金属材料一般进行R=0.1的拉-拉疲劳试验。相比于金属零件,尤其是铝合金,碳纤维零件具有优异的疲劳性能。一般来讲,碳纤维复合材料之中存在大量的纤维,由于碳纤维具有一定的韧性,并且紧密的粘贴在一起,从而促使其成为一个整体。如果构件中存在一部分的碳纤维断裂,其他完好无损的纤维可以对构件载荷进行重新分配,构件在短时间内不会出现断裂,材料的断裂安全性比较好。

3、较好的减震性能

碳纤维复合材料的高模量决定其震动频率会比较高,这主要是因为受力结构的振动频率和结构材料的比模成正比的关系。较高的自振频率决定了碳纤维复合材料具有较强的吸震能力,不但可以避免飞机结构件在工作状态产生共振现象,而且可以有效地保护飞机不受振动损坏。复合材料中一般具有高韧性基体材料,从而具有较明显的减震性能。

目前,碳纤维除了在飞机上应用,无人机、模型飞机等也开始使用碳纤维复合材料,其应用前景广阔,市场竞争力强。


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