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“上纬杯”第二届全国大学生复合材料设计与制作大赛赛事点评
来源:WHUT复材结构课题组  2016-09-13 17:04:37
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=3662       

        同济大学董国华高工对本届大赛作精彩点评:

        本届竞赛的主题是设计制作一件超轻复合材料立柱——《轻稳之柱》,立柱的长度必须大于等于780mm,柱的截面形状不限,但截面外接圆最大直径必须小于等于50mm,柱的设计载荷65kN。立柱的上下两端为球座压板,用试验机进行压缩加载,当柱的抗压载荷达到或超过65kN前提下,以质量最轻者胜出。“轻稳之柱”的主要材料TC-35R(12K)碳纤维预浸料由“上纬”统一给定。

        本次49支参赛队经过两天的激烈角逐,从比赛成绩可知,我国大学生在复合材料结构设计与制作的能力上有了很大的进步。在老师的指导下,同学们发挥了各自的智慧和优势,通过解析计算、有限元分析和实验分析手段较好的完成了 “轻稳之柱”的设计和制作,赛出了较高水平。譬如:获得一等奖的沈阳航空航天大学二队的 “轻稳之柱”质量只有189克,获得二等奖的同济大学一队和武汉理工大学一队的作品也在210克以内,获得三等奖的同济大学三队、西北工业大学队、沈阳航空航天大学三队的作品质量都控制212克~225克之间。若按复合材料的密度估算, “轻稳之柱”的压缩强度都接近或超过了400MPa,对于长细比约50的薄壁管状结构来说已相当高了。



 

 

        从获奖的前6支队伍的结构铺层设计来看也都比较合理,他们掌握了复合材料具有各向异性和可设计性的特性,用最少的材料铺层满足了 “轻稳之柱”的设计载荷要求。同时,他们的工艺制作也非常到位,如:沈航一等奖的作品采用钢轴芯模+热压罐工艺制作,虽然外观有些不尽如人意,但结构铺层相当致密;同济二等奖的作品采用钢管套模+柔性袋工艺制作,不仅外观圆整光滑,铺层也很密实。因此,只有将结构设计与成型工艺完美结合起来,才能做出高质量的复合材料产品。

        竞赛中有些参赛队的成绩不佳,在结构设计和工艺理念上有些不足。主要有以下方面问题:

        1、对赛题理解不够充分,导致结构铺层设计不合理,过度考虑了柱的环向强度和刚度。因此,浪费了材料,增加了结构重量。

        2、只考虑整体强度,忽略了局部应力集中的细节处理,导致端部提前失效破坏。

        3、有些参赛队为了提高柱的稳定性和极限载荷,在柱的横截面结构上考虑颇多,譬如:十字圆截面、圆柱面均布凹槽截面、三圆柱或四圆柱截面等等,但他们忽略了复合材料成型的工艺性和制作成本。往往复杂的结构形状会给产品的制作工艺带来十倍成本的增加,否则工艺装备达不到成型要求,纤维皱褶、气泡等缺陷难以避免。

        4、个别参赛队的作品固化度偏低,材料未达到应有的强度,可能是预浸料使用过程中受潮或其它原因,今后要注意避免。




        总之,同学们在本次“上纬杯”《 轻稳之柱》全国大学生复合材料设计与制作大赛中赛出了创新,赛出了智慧,赛出了水平,望今后取得更好的成绩。

        鉴于本人水平有限,难免有不足之处,恳望同仁谅解。

        谢谢大家!


同济大学航空航天与力学学院

董国华(高工)
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?news_id=3662