碳纤维无人机的铺层设计思路分析

  碳纤维复合材料与金属材料相比,拥有密度低、比强度高、比模量低、抗疲性能好、可设计性能强等性能优势,正因如此,碳纤维在无人机的结构中运用越来越频繁。由于碳纤维的铺层顺序与角度存在差异会导致力学性能也不一样,所以在铺层设计时需要格外注意,而无人机结构每个部位承受力差别很大,所以碳纤维复合材料这一特性特别复合无人机结构的设计要求。

  无人机以降低整体质量的可靠性为设计方向,在考虑到生产加工方案的可行性条件下,选择合适的铺层顺序和铺层角度对于增强其性能优势有很大的帮助。此外,需要根据碳纤维复合材料的特性,选择机身部件的一体化设计思路,提出适用于无人机的碳纤维复合材料设计构思和加工工艺。

碳纤维无人机

  为了能够更好地利用碳纤维复合材料的特性,需要选择多角度铺层的方式来提升无人机整体的设计构思进行加强。首先选用optiStruct对随意尺寸进行提升,提升每一个单元每一个纤维方向多角铺层的薄厚,明确每一个纤维方向多角铺层的薄厚分布范围。其次选用optiStruct进行尺寸提升,提升每-个纤维方向多角铺层的薄厚, 明确每一个纤维方向铺-层层数。最后选用optiStruct进行多角铺层先后顺序提升,使铺层先后顺序达到多角铺层设计构思需求,得到最后的多角铺层方案。

  无人机碳纤维结构件在设计中,要按照抗压强度和刚度进行多角度的铺层。从设计思路与加工工艺上分析,一般采用4个方向的角度铺层,即0°、±40°、90°个多角铺层方向。多角铺层的中面应对称性布局,能够防止固化全过程中由于弯曲、拉伸、扭转等耦合效应造成翘曲变形和树脂裂纹。

  无人机拥有高度翼身融合的飞翼式总体气动外观设计,所以在结构件上建议采用大面积一体化成型工艺。在碳纤维无人机外壳中采用一体化成型的加工工艺,可以减少螺丝螺钉等连接件的使用,能够降低大约60%的零部件,并且省略掉组装过程,对于轻量化和提高生产效率有着积极的作用。

碳纤维无人机

  在经过一系列模拟和仿真计算之后,碳纤维无人机部件可采用模压、热压罐固化成型的方式进行大面积一体化整体成型。有利于提高生产效率、降低企业生产制造成本,使用与无人机整体结构件的大批量生产。

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