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假如我們把鋼結(jié)構(gòu)叫‘重型結(jié)構(gòu)’的話，鋁結(jié)構(gòu)就是‘輕結(jié)構(gòu)’，它的設(shè)計(jì)與鋼結(jié)構(gòu)是完全不同的，或者說根本就是兩碼事。有些時候，因?yàn)槟承┬枨螅惚仨氃O(shè)計(jì)鋁結(jié)構(gòu)。
鋁結(jié)構(gòu)得到充分的發(fā)展是在二戰(zhàn)時期，當(dāng)時是‘玩命時代’，你的飛機(jī)速度快，靈活，載彈量大，生存條件好，你就有了制空權(quán)，一旦有了這東西，就可以在人家頭上扔炸彈，炸掉滾針軸承廠，潛艇制造廠，Me109 的組裝廠、重水廠，最后納粹就玩完了。
在這場競爭中，美國佬勝出，直到制造出B29的時候，世界知道，大局已定了。
鋁是一種柔軟而耐氧化的物質(zhì)，正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)，它不太適合做結(jié)構(gòu)件使用，首先是不宜焊接，另外是比鋼材的耐溫性能差許多，但對于某些領(lǐng)域又必須使用它，于是人們開發(fā)了許多與鋼結(jié)構(gòu)完全不同的設(shè)計(jì)方式來利用鋁及其合金結(jié)構(gòu)。
由于鋁的機(jī)械性能差，美國率先開發(fā)所謂的‘硬鋁’用作航空材料，除少量必須用鋼材的結(jié)構(gòu)以外，當(dāng)年的大型轟炸機(jī)的機(jī)身和機(jī)翼都是這東西，由于鋁的延展性能好，做結(jié)構(gòu)件時，要充分利用這種性能，使應(yīng)力大的地方實(shí)行一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免使用鉚接，連接的位置可以在‘中性線’上，大大地提高了鋁結(jié)構(gòu)的整體承載能力。這一點(diǎn)和鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全不同。
這種設(shè)計(jì)思想一直延續(xù)到今天，當(dāng)代的高速列車就采用了大量的鋁結(jié)構(gòu)件，這些結(jié)構(gòu)件是大型的鋁型材，從車廂的斷面上看，是由幾塊大型型材拼接而成的，受力區(qū)域都是連續(xù)結(jié)構(gòu)，不會有焊接或鉚接的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。假如你原來是搞鋼結(jié)構(gòu)的人，后來轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)鋁結(jié)構(gòu)，你就要特別注意這一點(diǎn)，你必須要能獨(dú)立拆解一個鋁斷面，用什么方式提高強(qiáng)度和剛度？用什么方式進(jìn)行聯(lián)結(jié)？同時要知道熱擠機(jī)是否可以擠出你要的斷面，有沒有這么大的力能參數(shù)。
你覺得很難嗎？其實(shí)也不難！像我這樣的笨家伙都是自行拆解鋁斷面，設(shè)計(jì)剛度的，你一定可以做到的。
把鋁結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)到一起的方式也不如鋼結(jié)構(gòu)多，早年一般是鉚接，今天還在用，世界上鉚制鋁的鉚接設(shè)備和鉚釘并不很多，說白了吧！就美國佬和歐洲有。日本準(zhǔn)備要造100噸級以上的大飛機(jī)了，為什么沒有早動手，他不好意思說，我替小鬼子說了：日本沒有合適的航空鉚釘。我不算泄漏日本人的秘密吧！
今天，鋁結(jié)構(gòu)可以焊接，當(dāng)然，方法比較特殊，還有一種被稱為‘摩擦攪拌焊’的工藝，做厚結(jié)構(gòu)時也用得比較好。
假如你做鋁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能設(shè)計(jì)斷面，會計(jì)算，再能拆了這個結(jié)構(gòu)，分塊做型材，再將其聯(lián)結(jié)起來，你就會有飯吃，做這個的家伙比作鋼結(jié)構(gòu)掙錢多，這只是我悄悄告訴你的呀！你可別告訴其他人，否則，別人都學(xué)會了和你爭飯碗。
隨著人們對航空器‘更高、更大、更快、更遠(yuǎn)、壽命更長、事故條件下的生存能力更強(qiáng)’的多‘更’要求，鋁材已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足這些要求了。無論是強(qiáng)度、剛度和溫度適應(yīng)性及穩(wěn)定性能都不夠了。這時，纖維熱壓增強(qiáng)材料就開始逐步登上歷史舞臺了。
這些纖維熱壓增強(qiáng)材料主要是做結(jié)構(gòu)用的碳纖維結(jié)構(gòu)材料和做蒙皮及結(jié)構(gòu)翼板的凱夫拉夾層材料。
碳纖維的模量很大，用它制作的結(jié)構(gòu)，在有很高的強(qiáng)度的同時可以有很大的剛性，這是其它材料所不具備的。碳蜂窩結(jié)構(gòu)是歷史上最強(qiáng)的蜂窩結(jié)構(gòu)。
凱夫拉夾層結(jié)構(gòu)是由凱夫拉纖維和薄鋁板的多層復(fù)合體，歐洲稱‘凱夫拉三明治’，由于它的模量略小，具有一定的彈力和變形能力，是作輕結(jié)構(gòu)蒙皮的上等材料，有時是唯一的選擇。
作碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，你主要是考慮用什么結(jié)構(gòu)形式，它和加工方法有密切的關(guān)系。在斷面很薄的時候，蜂窩結(jié)構(gòu)是你的唯一選擇。會蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，你可以有一碗不錯的飯，就可以作真正的白領(lǐng)了。
纖維熱壓增強(qiáng)材料的聯(lián)結(jié)就比較特殊了，它與鋼鐵結(jié)構(gòu)和鋁結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)方式是截然不同的。這種材料一般是采用粘--鉚聯(lián)結(jié)方式。承載的聯(lián)結(jié)體是環(huán)氧或類環(huán)氧膠，而鉚釘只是輔助固定的方式，無論是哪國的鉚釘都不會有這樣大的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。
粘--鉚結(jié)構(gòu)有其致命的缺陷，腐蝕會沿著邊界層滲透，當(dāng)層間結(jié)構(gòu)被破壞到一定的程度，這種看似無敵的結(jié)構(gòu)體就會瞬間崩潰，而在這之前是沒有任何先兆的。
在設(shè)計(jì)過程中，要特別注意標(biāo)注材料的表面處理和粘接方式，以及搭接界面的封閉處理。總體技術(shù)要求要標(biāo)明多長的周期要進(jìn)行層間結(jié)構(gòu)的探傷處理，探傷顯示的損壞結(jié)果到什么程度就要報(bào)廢，而不管它看起來是新還是舊。否則，發(fā)生事故的時候，要拿你是問！
碳纖維還被用來作為結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)材料，粘接在梁體的表面以提高強(qiáng)度，它屬于專門的學(xué)科。
你需要學(xué)習(xí)的實(shí)際是兩種東西，一種是碳纖維結(jié)構(gòu)件，一種是碳--鈦復(fù)合拉桿，學(xué)會這兩種東西，可以設(shè)計(jì)F1 或者設(shè)計(jì)飛行器。
在工程設(shè)計(jì)的時候，有時客戶會提一兩種特殊的結(jié)構(gòu)給你，這是你的附屬結(jié)構(gòu)，一種是間隔消音結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體之間要有一定的距離，內(nèi)表面要粘貼某規(guī)格的瀝青石棉氈，結(jié)構(gòu)之間要懸掛式布置一定克重的玻璃纖維氈，這是依據(jù)聲頻特性計(jì)算出來的，有些時候這些東西你也必須會。
再有一種東西就是防彈結(jié)構(gòu)，防炮彈的東西不是咱設(shè)計(jì)的范疇，那東西咱搞不了。防槍彈的結(jié)構(gòu)主要是硬式和軟式兩種，軟式的也是一種凱夫拉夾層復(fù)合結(jié)構(gòu)，以前要自己設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可以買得到。
說‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’和設(shè)計(jì)，俺就知道這些了，按中國成語說‘坐井觀天’，俺就是那只井底的大蛤蟆，也希望有一天爬到井臺上來看看世界，但，很難啊！不過，上面說的這些東西，俺可以替你做，即使是纖維材料，俺從壓機(jī)替你做，做了設(shè)備再替你設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
具體你要知道多少東西，那就要看你自己了，客戶要儂作什么，儂沒有自己的選擇，白相白相以后就得干活，到底是鋼結(jié)構(gòu)、鋁結(jié)構(gòu)、還是復(fù)合結(jié)構(gòu)，你的老板說了算，你說不會，他不給你發(fā)薪水，俄著你！你沒轍吧！你和我畢竟不同，我只是一介混事之徒，誰拿我能怎么樣？
說到搞‘運(yùn)動結(jié)構(gòu)’設(shè)計(jì)的家伙，有時看不起搞‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’設(shè)計(jì)的人，在有些場合也是有一定的道理的。
待續(xù)------------------------------------------------------------------- | 
發(fā)表于 2007-8-1 10:36:00
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發(fā)表于 2007-8-1 11:33:05
