碳纖維復合材料5大結構設計要點:

碳纖維夾心結構復合材料代替傳統金屬材料，尤其在制造重要的結構部件中的應用，中間需要考慮的影響因素非常多。

1.強度與剛度

既然是結構部件，那么首先要考慮的是強度和剛度。部件在外力載荷的作用下，有抵抗變形與破壞的能力，但是這個能力又是有限度的。

如何確定部件的使用載荷，不會過部件的能力極限，是通過材料力學計算得出。而部件的這個能力極限，就是碳纖維夾心結構設計者需要考慮的問題。

通過合理的搭配纖維和樹脂，優化纖維排布，用較少的材料，滿足設計需求，體現了復合材料設計者精湛的技巧。不過決定復合材料強度與剛度的因素，不但與纖維和樹脂的種類有關，還與碳纖維的鋪層方向以及層與層之間結合搭配有關。

所以，在設計碳纖維夾心結構部件時，需要考慮三個層級結構的力學性能。①由基體和增強材料復合而成的單層材料，其力學性能決定于組分材料的力學性能、相幾何(各相材料的形狀、分布、含量)和界面區的性能。②由單層材料層合而成的層合體，其力學性能決定于單層材料的力學性能和鋪層幾何(各單層的厚度、鋪設方向、鋪層序列) 。③頂層結構是指通常所說的工程結構或產品結構，其力學性能決定于層合體的力學性能和結構幾何。

2.穩定性

除了強度與剛度要求，還需考慮復合材料部件的失穩，尤其是對一些細長桿結構，在受壓時，應該能夠保證其原有的直線平衡狀態。對于一些框架結構部件，如果鋪層不均勻，也會產生翹曲失穩，所以在制造過程中尤其注意。采用對稱鋪層，以防變形不均勻。一般情況下，在部件沒有達到極限載荷之下，不允許產生失穩現象。但是如果對于一些特殊要求，可以產生失穩現象，那么設計過程中，要考慮失穩過程不會因此影響極限載荷。

3.鋪層結構

鋪層結構是碳纖維夾心結構設計的關鍵，如何把單層結構的優異性能傳遞到復合材料結構部件上，鋪層結構起到承上啟下的作用。

4.連接

碳纖維復合材料部件開發過程中，不太可能都采用整體成型技術，需要進行部件與部件之間的連接的，則需要對連接形式進行設計。一般來講，碳纖維復合材料部件的連接有三種形式：機械連接、膠結連接、混合連接。機械連接適用于連接件厚度大、可靠性要求較高、傳遞較大集中載荷的情況。膠結主要是利用粘結劑將零件連接成不可拆分的整體。混合連接是膠結和機械連接的組合，它可以提高抗剝離、抗沖擊、抗疲勞、抗蠕變等性能。

5.疲勞與沖擊損傷

復合材料的疲勞與金屬材料相比，必須考慮溫度、濕度、沖擊損傷等因素。大多數情況下，沖擊損傷在結構設計中覆蓋了疲勞問題。

即使存在肉眼不可見的損傷，也要確保結構不發生CAI強度的下降。改善沖擊損傷的損傷容限，可以在碳纖維夾心結構中加入芳綸纖維或者玻璃纖維。