機(jī)械設(shè)計(jì)的點(diǎn)滴體會(huì)（二）

lynx91

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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(shuō)根本就是兩碼事。有些時(shí)候，因?yàn)槟承┬枨?，你必須設(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(shí)期，當(dāng)時(shí)是‘玩命時(shí)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，美國(guó)佬勝出，直到制造出B29的時(shí)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(duì)于某些領(lǐng)域又必須使用它，于是人們開(kāi)發(fā)了許多與鋼結(jié)構(gòu)完全不同的設(shè)計(jì)方式來(lái)利用鋁及其合金結(jié)構(gòu)。

由于鋁的機(jī)械性能差，美國(guó)率先開(kāi)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(shí)，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(huì)有焊接或鉚接的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。假如你原來(lái)是搞鋼結(jié)構(gòu)的人，后來(lái)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(gè)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(shí)要知道熱擠機(jī)是否可以擠出你要的斷面，有沒(méi)有這么大的力能參數(shù)。

你覺(jué)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(shuō)白了吧！就美國(guó)佬和歐洲有。日本準(zhǔn)備要造100噸級(jí)以上的大飛機(jī)了，為什么沒(méi)有早動(dòng)手，他不好意思說(shuō)，我替小鬼子說(shuō)了：日本沒(méi)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(shí)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(huì)計(jì)算，再能拆了這個(gè)結(jié)構(gòu)，分塊做型材，再將其聯(lián)結(jié)起來(lái)，你就會(huì)有飯吃，做這個(gè)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(huì)了和你爭(zhēng)飯碗。

隨著人們對(duì)航空器‘更高、更大、更快、更遠(yuǎn)、壽命更長(zhǎng)、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(wú)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(shí)，纖維熱壓增強(qiáng)材料就開(kāi)始逐步登上歷史舞臺(tái)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(shí)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(shí)是唯一的選擇。

作碳纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)候，蜂窩結(jié)構(gòu)是你的唯一選擇。會(huì)蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，你可以有一碗不錯(cuò)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(wú)論是哪國(guó)的鉚釘都不會(huì)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(huì)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(wú)敵的結(jié)構(gòu)體就會(huì)瞬間崩潰，而在這之前是沒(méi)有任何先兆的。

在設(shè)計(jì)過(guò)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?？傮w技術(shù)要求要標(biāo)明多長(zhǎng)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(lái)是新還是舊。否則，發(fā)生事故的時(shí)候，要拿你是問(wèn)！

碳纖維還被用來(lái)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(huì)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(shí)候，有時(shí)客戶會(huì)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(lái)的，有些時(shí)候這些東西你也必須會(huì)。

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(shuō)‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’和設(shè)計(jì)，俺就知道這些了，按中國(guó)成語(yǔ)說(shuō)‘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(tái)上來(lái)看看世界，但，很難?。〔贿^(guò)，上面說(shuō)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(méi)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(shuō)了算，你說(shuō)不會(huì)，他不給你發(fā)薪水，俄著你！你沒(méi)轍吧！你和我畢竟不同，我只是一介混事之徒，誰(shuí)拿我能怎么樣？

 

說(shuō)到搞‘運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)’設(shè)計(jì)的家伙，有時(shí)看不起搞‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’設(shè)計(jì)的人，在有些場(chǎng)合也是有一定的道理的。

 

待續(xù)-------------------------------------------------------------------

羚羊

有一次乘飛機(jī)時(shí)剛好坐在機(jī)翼旁，看見(jiàn)那層層疊疊用鉚釘鉚起來(lái)的機(jī)翼就想，如果斷或者掉了一顆鉚釘那就完蛋了，工作人員在飛機(jī)起飛前應(yīng)該要檢查這些吧。沒(méi)入該行業(yè)不懂這些東西，謝謝歸隱讓我了解一點(diǎn)這方便的知識(shí)，等待下篇的拜讀。

卓信

歸隱大俠的體會(huì)新鮮出爐 拜讀

謝謝歸隱大俠的經(jīng)驗(yàn)之談

深南大道

不是說(shuō)明文
也不是記敘文
但比說(shuō)明文好理解
比記敘文多了幾分幽默
期待。。。。。

小馬過(guò)河

真長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)！感謝歸隱大俠！

weisuoman

后半段我象看天書(shū)

dxpac

以前從沒(méi)接觸過(guò).

受下教育

pyfreeman

長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，謝謝??！

dongjing1983104

書(shū)山有路勤為徑，學(xué)海無(wú)涯苦做舟

黔遵客

這樣的文章,確實(shí)是對(duì)我"掃盲"最好的教材!