Inleiding tot die konsepte van isotropie, kwasi-isotropie en anisotropie van koolstofveselplate

        Wanneer daar met koolstofvesels gewerk word, bekend vir hul uitstekende sterkte en styfheid-tot-gewig verhoudings, is dit belangrik om te verstaan ​​hoe veseloriëntasie die sterkte en styfheid van koolstofvesel saamgestelde (CFRP) laminate beïnvloed. Daar is verskillende benaderings tot die laminaatontwerp van saamgestelde panele, waar die laminate teen 'n hoek georiënteer is om verskillende strukturele eienskappe te produseer. Hierdie eienskappe is: isotroop, kwasi-isotroop en anisotroop.

       Isotroop verwys na 'n materiaal waarvan die sterkte en styfheid dieselfde is as dit in enige rigting deur die materiaal gemeet word. Voorbeelde van isotropiese stowwe is glas en metale.

       Kwasi-isotroop verwys na 'n materiaal wat isotroop is, maar slegs in 'n vlak. Met ander woorde, sterkte en styfheid is gelyk in alle rigtings binne die vlak van die onderdeel. Baie CFRP-laminate val in hierdie kategorie.

         Anisotropie verwys na materiale wat verskillende sterktes en styfhede in verskillende rigtings deur die materiaal het. Byvoorbeeld, hout is harder langs die graan as oor dit. Koolstofvesellaminate gemaak met vesels wat almal in een rigting georiënteer is, is uiters anisotropies.

Voorbereiding van kwasi-isotropiese koolstofvesellaminate

          Wanneer die oriëntasie van die vesels in die opleg gebalanseer is, het CFRP-laminate kwasi-isotropiese eienskappe sodat hul sterkte en styfheid konstant bly ongeag die rigting waarin die materiaal gelaai word. Of individuele koolstofvesellae of -lae van geweefde materiaal of eenrigting koolstofvesels gemaak word, hulle kan in isotropiese materiale saamgevoeg word wanneer dit in goed ontwerpte laminate gekombineer word.

          Wanneer die oriëntasies van die lae gebalanseer is, word 'n kwasi-isotropiese laminaat so gemaak dat die trekstyfheid van die laminaat dieselfde is in elke in-vlak rigting. Tipies word kwasi-isotropiese velle gemaak deur gebruik te maak van 'n koolstofveselvlegsel met lae georiënteer op 0º, 90º, +45º en -45º met 'n minimum van 12.5% ​​in elk van hierdie vier rigtings. Eenrigtinglae ​​met oriëntasies van 0º, 60º en 120º kan ook kwasi-isotropiese eienskappe bereik.

          Laminate kan kwasi-isotroop wees en blyk nie volgens die reëls te speel nie. Byvoorbeeld, soos hierbo genoem, is 0º/-45º/ +45º/90º laminate kwasi-isotropies. As elke laag egter teen dieselfde hoek as sy oorspronklike oriëntasie georiënteer is (bv. +60º), sal die laminaat isotroop bly. +60º heroriëntasie van laminaat om 60º/15º/-75º/-30º laminaat te vorm. Benewens die oriëntasiehoek, het hoë kwaliteit koolstofvesellaminate ander ontwerpvereistes: die stapel moet simmetries wees. Daarbenewens sal elke vel tipies dieselfde vesel-tot-hars-verhouding bevat; dieselfde laagdikte hê; dieselfde veseltipe en geometrie

Kwasi-isotropiese koolstofveselbordontwerp

          In 'n tipiese kwasi-isotropiese koolstofveselplaat moet die vel ten minste 4 lae bevat, en elke laag moet dieselfde styfheid en dikte bevat. Daarbenewens moet veseloriëntasie gebalanseerd en simmetries wees. Benewens die gesamentlike verskaffing van kwasi-isotropiese eienskappe, het vesels in verskillende oriëntasies spesifieke sterktes

         0º Laag: Verskaf aksiale sterkte en styfheid, ideaal vir balke en kolomme wat aksiale belastings moet weerstaan.

        +/-45º-laag: Verskaf skuif- en wringsterkte en -styfheid, ideaal vir torsie-asse en skuifwebwerwe soos I-balke.

         90º-laag: Verskaf laterale sterkte en styfheid, ideaal vir die skep van konsolidasielae wat alles bymekaar hou en die sterkte van 'n drukvat verskaf.

Kwasi-isotropiese voordeel

          Koolstofveselplate kan goedkoop vervaardig word deur nie kwasi-isotropiese laminerings te gebruik nie. Byvoorbeeld, as 'n laminaat gebou word met slegs 0 en 90 grade koolstofvesellae, sal die laminaat swakker wees langs die 45 grade diagonaal, met 50% meer defleksie in af-as buiging en spanning as wat dit sou wees. Kwasi-isotropiese koolstofveselplaat. In die meeste toepassings werk 0º/90º-velle goed. As styfheid langs die 45-grade-as egter vereis word, sal kwasi-isotropiese koolstofveselplate voortreflike werkverrigting lewer. Kwasi-isotropiese koolstofveselplate kan gemaak word van eenrigting- of geweefde lae met die toepaslike lamineringsrigting om 'n stywe materiaal met sterkte in alle rigtings te produseer.