機械社區(qū)

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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)’，它的設計與鋼結(jié)構(gòu)是完全不同的，或者說根本就是兩碼事。有些時候，因為某些需求，你必須設計鋁結(jié)構(gòu)。

鋁結(jié)構(gòu)得到充分的發(fā)展是在二戰(zhàn)時期，當時是‘玩命時代’，你的飛機速度快，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)，正是因為這些特點，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)完全不同的設計方式來利用鋁及其合金結(jié)構(gòu)。

由于鋁的機械性能差，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，當年的大型轟炸機的機身和機翼都是這東西，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，使應力大的地方實行一體化的結(jié)構(gòu)設計，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。這一點和鋼結(jié)構(gòu)的設計完全不同。

這種設計思想一直延續(xù)到今天，當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計結(jié)構(gòu)。假如你原來是搞鋼結(jié)構(gòu)的人，后來轉(zhuǎn)到設計鋁結(jié)構(gòu)，你就要特別注意這一點，你必須要能獨立拆解一個鋁斷面，用什么方式提高強度和剛度？用什么方式進行聯(lián)結(jié)？同時要知道熱擠機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？其實也不難！像我這樣的笨家伙都是自行拆解鋁斷面，設計剛度的，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備和鉚釘并不很多，說白了吧！就美國佬和歐洲有。日本準備要造100噸級以上的大飛機了，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)設計，能設計斷面，會計算，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，別人都學會了和你爭飯碗。

隨著人們對航空器‘更高、更大、更快、更遠、壽命更長、事故條件下的生存能力更強’的多‘更’要求，鋁材已經(jīng)遠遠不能滿足這些要求了。無論是強度、剛度和溫度適應性及穩(wěn)定性能都不夠了。這時，纖維熱壓增強材料就開始逐步登上歷史舞臺了。

這些纖維熱壓增強材料主要是做結(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)設計時，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)的設計，你可以有一碗不錯的飯，就可以作真正的白領了。

纖維熱壓增強材料的聯(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。

在設計過程中，要特別注意標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技術要求要標明多長的周期要進行層間結(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)的增強材料，粘接在梁體的表面以提高強度，它屬于專門的學科。

你需要學習的實際是兩種東西，一種是碳纖維結(jié)構(gòu)件，一種是碳--鈦復合拉桿，學會這兩種東西，可以設計F1 或者設計飛行器。

在工程設計的時候，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計的范疇，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合結(jié)構(gòu)，以前要自己設計，現(xiàn)在可以買得到。

說‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’和設計，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��！不過，上面說的這些東西，俺可以替你做，即使是纖維材料，俺從壓機替你做，做了設備再替你設計結(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‘運動結(jié)構(gòu)’設計的家伙，有時看不起搞‘靜態(tài)結(jié)構(gòu)’設計的人，在有些場合也是有一定的道理的。

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

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