材料是航空发展的重中之重。在世界航空发展史上,流传着这样一句话:一代材料,一代飞机。从飞机诞生的一百多年来,航空材料经过了五个阶段的发展,从最初的木、布结构发展到现在复合材料、铝、钛、钢结构。那么,世界上最先进的客机,主要用的是什么材料呢?
波音公司的787梦想飞机(Dreamliner)是全球第一款以复合材料为主体的商用喷气式客机。于1995年就开始研发,但由于飞机翼盒的复合材料在压力测试中出现问题。这使得波音787梦想飞机的首飞推迟至2008年第四季度,2009年第三季度才开始交付。其材料比例为(按重量比):复合材料(碳纤维)61%,铝20%,钛11%,钢8%。
从这个比例可以看到,碳纤维复合材料的使用量在787上超过半数,是全球第一款以碳纤维合成物为主体材料的民用喷气客机(多层超强力环氧树脂/碳纤维材料长期以来主要应用在军用飞机上)。波音787梦想飞机拥有多项技术创新,其中最重要的一点是,整个机身、机翼、尾翼和发动机舱都采用更轻、更坚固的碳纤维合成物而不是传统的铝合金制作,占波音787机体结构的一半左右,因而减轻了20%的飞机重量,耗油量也随之大为减少。。
再来看看空客A350,它的材料使用比例是:复合材料52%,铝锂合金20%,钢7%,铝7%,钛14%。A350是一款可与波音787媲美和竞争的大中型客机,它的材料使用比例同样具有代表性。显然,A350的复合材料使用比例比波音787稍低,也超过半数。截然不同的是,A350使用了20%的铝锂合金。(目前国产大飞机C919就是使用铝锂合金制造前机身大部段)。而空客的另一款机型,号称“空中巨无霸”的A380所使用的铝合金达到61%,复合材料22%。
复合材料、钛合金、铝合金、钢和高温合金是飞机及发动机的五大候选材料。很长一段时间,飞机材料以铝及铝合金为主。这些年,复合材料和钛合金的快速发展,大有逆袭成为飞机主要材料之势。
复合材料和钛合金在比强度、抗腐蚀性能等方面具有优势,但铝合金和钢在工艺性能和经济性能等方面具有优势。在可预见的未来,碳纤维复合材料和先进铝/铝锂合金的竞争还会继续下去,并且越来越激烈!
英斯特朗在航空航天材料测试领域的应用:
AITM 空中客车公司测试纤维增强塑料冲击后压缩强度的的方法
测试和评估复合材料是一项很重要的工作,这是由于该材料成为越来越受欢迎的工程材料。复合材料承受和抵御损伤的方式与传统工程材料不同,因此需要合适的方式来评估复合材料的性能。一些航空航天公司已经制定出自己的标准要求供应商测试时遵守。英斯特朗能提供针对冲击后样品进行压缩试验的装置,符合 BSS 7260 和AITM-0010标准。
试件是一个矩形的复合材料试样,它已经受到过冲击力。请阅读Ceast Model 9350的试验解决方案和产品说明或在复合材料试验方案部分搜索冲击试验的详细信息。冲击后的试件放置在冲击后试验夹具内,加载一压缩力。该试件断裂时的载荷可用来与未经冲击试件的压缩强度进行比较,由此得到样品的残余强度。
英斯特朗能提供一个完整的压缩试验方案,包括Ceast冲击试验机、Instron3300和5900电子万能材料试验系统、以及各种夹具,符合许多复合材料标准,其中有ASTM、ISO、 空客、 波音和国家标准。
请与英斯特朗当地办事处联系,以获得有关复合材料和冲击后压缩夹具的详细信息。
纤维增强塑料复合材料的弯曲性能 (ISO 14125)
对任何材料而言,弯曲测试都是其鉴定工艺的重要组成部分,因为试验结果能提供现实世界条件下材料行为的相关信息。特别对于经常用于航空、汽车以及能源领域的复合材料而言,了解材料弯曲特性及其强度是至关重要的。
ISO 14125 描述了采用三点或四点弯曲试验来确定纤维增强复合材料弯曲性能的过程。英斯特朗的三点弯曲试验装置可选配四点加载头,使其便于在两种不同测试模式下切换。在此应用中,推荐使用3300或5900电子万能材料试验机,因为其能够配备其它常用复合材料测试应用装置,例如拉伸、剪切和压缩。
关于英斯特朗:
英斯特朗(INSTRON )是全球领先的材料和构件物性测试试验机制造商,美国五百强公司ITW集团旗下品牌,从基本的软组织到先进的高强度合金材料,其产品被广泛运用于测试各种材料,组件和结构在不同环境下的力学性能和特性。
自1946年英斯特朗成立并研制了世界上第一台闭环控制的电子万能材料试验机和第一个应变片式载荷传感器以来,英斯特朗以成为公认的力学性能测试设备世界领导者为使命,通过提供最高品质的产品,专业的技术支持和世界水平的服务,从而使用户获得拥有英斯特朗产品的最佳体验。
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