士兵在全球范围内致力于保护自己的国家,并且有专门的制造商致力于高品质复合组件来保护他们。使用复合材料的不断上升,以及混合材料和他们制造的发展使得复合组件制造商满足军用车辆组件的苛刻要求。
使用传统材料,如高质量钢组件和车辆保护在不断发展的失败威胁和性能需求需要对抗这些威胁。钢铁等材料的过度的体重会严重影响车辆的性能和生存能力的领域,因为增加车重,因此有必要修改悬架系统支持增加惯性能量。可以显著受损车辆机动性,随着智能武器和士兵的威胁时,能够获得在一个充满敌意的情况是至关重要的。
通过伙伴关系和合作工作安排,综合制造商可以把需求和设计参数和走客户的设计、测试和分析,并最终完全改造生产最终产品的特性和品质所需的应用程序。
极端情况下,极端的好处
重量储蓄是最顶级的好处与复合使用移动设备,允许增加有效负载和燃料效率,更高的速度能力和性能。“减体重的轮子,例如,改进它的加速和减速,但它也可显著改善燃油经济性和提高了悬架。等领域,主要为额外的轻量化,”解释Fiberforge (Glenwood泉有限公司)总裁兼首席执行官乔恩Fox-Rubin。
复合材料也有无限疲劳寿命。钢可以估计有十亿周期疲劳和铝前估计有一百万周期。用铝代替钢提供重量储蓄,但必须考虑部件的疲劳寿命。旋转的东西,比如传动轴,经过大量的周期很短的一段时间。
具有挑战性的环境中也受益于复合材料的腐蚀能力不生锈。
“两个关键设计参数的复合材料stiffness-to-weight比例和强度重量比。复合材料有好处在金属两种类别。通过复合可以沿着路径要么是东方纤维刚度主导或力量主导和刚度的增加,或者在金属的强度重量,“Fox-Rubin说。
“大多数人没有意识到的一件事是,大多数结构设计像一架车门板,他们的设计的刚度是由面板,面板的强度。Stiffness-to-weight是一个工程师的主导设计变量优化。”
设计属性
复合材料的一个有利的特性是他们的能力优势战略。综合性能最优的方向纤维。因为大多数结构没有加载在一个方向上,叠加多层复合层允许在多个方向面向纤维承受多向加载和力量。
最有效的复合材料实现低重量和成本,大部分面向纤维的主要载荷的方向,和足够的纤维取向在其他方向进行二次加载和保存结构联系在一起。
为军用车辆复合组件、重量和成本目标属性。“力量是一个给定的军事应用,”布拉德McPhee说,总裁兼首席执行官,创造性的复合材料,快速的河,MI。”战斗车辆而言,结构的车辆过度设计保护的目的,但这就是让他们重。复合材料的设计和车辆总体较轻。许多客户有dollar-per-pound-saved目标他们愿意支付,和不同的行业有不同的目标。”
“因为影院的燃料和其他物流成本问题,以及护甲和类似的材料,军队是愿意支付大幅降低重量的保险费,大多数商业应用程序不会考虑,”艾伦·约翰逊说,业务发展主任Norplex-Micarta, Postville IA。
材料用于复合材料是无数的范围。创造性的复合材料的材料不同凯夫拉尔玻璃纤维,碳纤维,并面向单向,一些缝合,还有一些编织。
Fiberforge接近70%的产品含有碳纤维。“低成本复合材料以玻璃纤维和PET树脂(相同的材料用于塑料瓶)功能完整的无线电传输能力的有趣的属性,这意味着它不会干扰无线电波,一个漂亮的玻璃纤维的性质。材料大约每磅4美元的材料,“Fox-Rubin说。
“玻璃纤维比钢轻约20 - 30%,但要获得50 - 60%比钢轻你必须去碳纤维复合材料。
“中间性能材料碳纤维尼龙,目前用于军事产品,我们不能透露,运行约20美元每磅的材料。
“高端的性能我们使用碳纤维PEEK (Poly-ether-ether-ketone)。这是每磅100美元的材料,但高韧性和材料属性。这是最好的竞争对手钛。碳纤维尼龙铝是最好的竞争对手。
“玻璃纤维宠物是一个很好的竞争对手铝铝比较重,所以这实际上取决于使用是否会比铝,而碳纤维尼龙比铝轻但更加昂贵,”他说。
Norplex-Micarta提供ShotBlocker高性能热固性复合材料表、预浸材料(钢筋材料事先饱含树脂和准备使用复合部分)和塑造形状来满足日益增长的需求对弹道的保护。
其NP522和NP523 fiber-glass-based防弹复合材料的配方,以满足严格的军事需求。的Norplex-Micarta ShotBlocker材料作为已经治愈了,刚性床单,或者半固化片。
弹道板材料制造业开始编织玻璃纤维送入洗澡的酚醛树脂,然后通过一系列的辊挤压掉多余的树脂。wetted-out织物正面通过150英尺炉燃烧挥发物,离开semi-cured状态,然后修剪到所需的尺寸。床单堆积,并压制成固体表用于弹道建设应用程序(见以上图片来展示Norplex-Micarta生产过程)。
其他公司,如坎普尔、印度MKU pvt ltd .)和ArmorWorks LLC的钱德勒,AZ,提供装甲军用车辆重量轻基于陶瓷制成的复合材料具有高脆性特征,同时又提供了极高的硬度和优越的抗甲穿轮和高动能弹丸。
早在2007年,ArmorWorks宣布开发一个高性能、低成本的复合装甲套件为美国海军陆战队(装备)新远征战斗车(EFV)。
这混合的复合装甲的弹道有效性EFV提供了不同的复合材料的独特组合,提供轻重量的保护。陶瓷的技术使用背衬和片段装甲系统,从而降低成本和提高multi-hit保护和结构完整性的陶瓷装甲对甲穿子弹,炮弹碎片和简易爆炸装置(简易爆炸装置)。
MKU陶瓷复合面板是用瓷砖的矩阵模型下各层的材料。其先进的陶瓷复合(ACC)面板使用高性能、轻质陶瓷在宽温度范围内表现良好,并提供multi-hit功能。
相对,MKU标准陶瓷复合面板提供相同级别的保护和性能,但以较低的成本,影响减肥的好处ACC面板。
现在和未来的挑战和解决方案
重要的是,综合企业能够处理客户在产品开发周期的所有阶段,从设计到生产,提供fully-designed产品。
“复合材料是其中一个地方你需要了解过程的各个部分如何影响另一个,“McPhee说。“结构复合材料,因为设计好,看起来不错,不使良好的一部分;强化可能是错的。相反,如果一部分设计结构,分析,处理所有的压力,但它妥协的形状和设计部分,这是一个问题。”
一个真正缺乏的是经验与所有不同的潜在的组合材料和分析它们的能力。有一个空白的综合CAD / CAM与高水平的可靠性分析。碰撞能量吸收复合材料的分析工具,Fox-Rubin解释道,不达到标准的金属“因为复合材料没有相同的材料性质在各个方向,所以他们更具有挑战性的模式。只是需要更多的时间赶上的软件社区的材料属性和能够充分开发工具,设计者可以使用和舒服。”
Fox-Rubin认为,在短期内,车辆将有点过度设计弥补当前可用的分析功能,但经验是获得分析结构和力,测试和设计将更加优化。
高温复合材料行业的另一个障碍。虽然可以设计一个复合处理高温、大多数仍然不能处理温度高达引擎燃烧,为例。有例子中使用的复合材料汽车赛车引擎块,但到目前为止,复合组件都有一个一生的一个种族,所以仍有改进的空间找到复合材料对极端温度的实例。目前,没有必要的可靠性水平使用复合材料的高温的地方。正如Fox-Rubin所指出的,“当你在军事和越野市场工作,你真正想要的可靠性。”
有很多先进复合材料树脂方面的发展。“我们开始看到热塑性塑料在复合空间,我相信他们会比热固性材料多用于轮式车辆从长远来看由于树脂的韧性和成本曲线的能力下降,“Fox-Rubin说。
“已经有公司与许多不同的热塑性树脂,设计,开发和在每年数十亿英镑用于注塑,和那些相同的树脂可以结合连续纤维结构部分。不一定是发明新材料,而是发明过程将这些材料变成部分。”
