在對復合材料進行設計時,我們首先需要了解的是其大致流程,總體而言復合材料設計可以包括以下幾個步驟:
復合材料設計規范(Design Specification)
材料與工藝的選擇(Materials & Manufacturing Selection)
初始尺寸設計草圖(Initial Sizing Design Charts)
詳細尺寸(Detail Sizing)
設計審查(Design Review)
初始成本估算(Initial Costing)
設計細節(Design Detail)
設計審查(Design Review)
方案優化(Optimization)
詳細設計(Detailed Design)
其中在設計規范中需要考慮的因素主要包括:
外部荷載
幾何約束
環境因素
穩定性/剛度
在材料與工藝的選擇時需要考慮的因素包括:
制造工藝
材料類型
材料形式
在設計細節方面需要考慮的因素主要包括:
接頭
夾層結構
切口
損傷分析
修復設計
層間應力
在后續專題文章中將會按照設計流程進行詳細介紹,首先來了解一下復合材料的設計規范。
設計規范
在購買任何材料之前,又或者說在對任何數字進行計算之前,必須制定相應的設計規范。設計規范會告訴所有參與產品的人在設計時的主要和次要目標是什么,并且清楚地說明了設計的要求。
通常而言,設計要求涵蓋的領域非常廣泛,因此也就會涉及很多的問題要考慮,在對復合材料進行設計時 ,需要考慮的大多數問題包括如下:
基本功能的執行;
目標用戶;
市場限制職業健康和安全;
人為因素/人機工程學環境影響;
制造因素;
生命周期因素失效模式和影響;
成本;
配送和包裝美學;
可用資源;
可靠性;
測試專利;
競爭;
標準和規范;
客戶滿意度數量;
重量和尺寸;
材料……
設計規范可以使用多種技術進行開發。一種非常成功的技術是質量功能配置 (Quality Functional Deployment,QFD) 方法。QFD 方法遵循如下所述的 8 步過程:
第 1 步:識別客戶
第 2 步:確定客戶要求
第 3 步:確定要求的相對重要性
第 4 步:競爭基準
第 5 步:生成可衡量的工程規范
第 6 步:將客戶要求與工程規范相聯系
第 7 步:確定工程規范之間的關系
第 8 步:為設計設定工程目標
通過涵蓋所有設計因素,制定清晰可行的設計規范并與產品客戶聯系,這是設計和生產有效并設置了高效的復合材料結構的第一部分。
