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内容概要:本文探讨了微光夜视仪结构设计中材料的选择及其依据。针对微光夜视仪对重量、体积和光学系统性能的严格要求,提出使用机械性能、刚度、热膨胀系数均表现出色的复合材料作为主要材料,特别是碳纤维环氧树脂基复合材料。文中还详细对比了几种常见复合材料与传统材料的性能参数,指出碳纤维材料因其极高的比强度和比刚度、较低的线膨胀系数,特别适合作为高性能微光夜视仪的结构材料。 适用人群:从事精密仪器设计,尤其是微光夜视设备研发的技术人员,以及对先进复合材料应用感兴趣的科研工作者。 使用场景及目标:①用于理解微光夜视仪结构材料选择的标准;②指导实际工程设计中的材料选取,确保微光夜视仪在极端环境下仍保持优良性能。 其他说明:本文章强调了材料科学在微光夜视仪设计中的重要作用,尤其是在减轻重量同时提高系统稳定性和耐久性的挑战下,选用适当的复合材料至关重要。推荐深入研究碳纤维等新型材料的具体应用场景和技术细节。
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我的主题是微光夜视仪结构设计中材料的选择
一共分为三个部分微光夜视仪机械结构 结构设计最直接目标 材料选择
机械结构 机械系统是微光夜视仪的重要组成部分,对重量、体积指标要求非常严格,
所以在进行机械结构设计时,要在保证夜视仪性能的前提下,应尽力使其整个结构简单,重
量轻。
对所有的机械零件选择使用同一种材料,以保证恶劣环境下机械零件均匀地膨胀和收缩,
避免不同的膨胀会造成卡环松脱,并且保证微光夜视仪光学系统的正常工作。
结构设计的最直接目标就是选择使用一种热膨胀系数近似于零的材料进行构架。微光夜
视仪镜座和镜筒是保证微光夜视仪光学系统性能的关键部件,所以镜座及镜筒的材料选择、
镜座的结构形式及镜筒的设计对光学系统成像质量起着关键的作用;在满足微光夜视仪结构
力学性能要求的前提下,还要尽量降低系统结构的质量,所以镜座及镜筒材料的选择必须保
证机械系统的精度及稳定。
其中包括机械性能稳定性 一方面为了减轻结构质量,应该选择低密度的材料;另一方
面,为了提高结构的刚性,应该采用高弹性模量的材料。所以,高比刚度是选择微光夜视仪
结构材料的关键指标。并且为了在加工后能保证高精度,所选材料的尺寸稳定性应该良好。
热能稳定性 应该选用低热膨胀系数的材料作结构材料,并考虑结构之间的热补偿,以
使光学系统在恶劣的高低温环境下仍能保证良好的性能。另一方面,热导率高还可以使结构
中的温度梯度较小并使结构内部热平衡容易在短时间内达到。
基于以上分析,微光夜视仪结构零件选择使用机械性能和强度可以和金属材料相媲美的
复合材料。复合材料通过组元材料的协调作用,可以在很大程度上改善和提高单一常规材料
的机械性能、物理性能和化学性能。非金属复合材料具有可设计性及密度小的显著特点,因
此使用非金属复合材料不仅可以满足夜视仪机械性能和强度要求,而且可以减轻整个夜视仪
的重量。
材料选择方面 这张图是几种典型复合材料和常用材料性能对比 由图可知碳纤维环氧
树脂密度最小 抗拉强度最强 弹性模量最大 比强度和比模量也是最大。
碳纤维特性 碳纤维比重小,因此有很高的比强度 碳纤维是一种力学性能优异的
新材料,它的比重不到钢的 1 /4,碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在 3500Mpa 以上,
是钢的 7-9 倍 抗拉弹性模量为 23000——43000Mpa 亦高于钢。
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合,制成结构材料。碳纤维增强环
氧树脂复合材料,其比强度、比模量综合指标,在现有结构材料中是最高的。在密度、刚
度、重量、疲劳特性等有严格要求的领域,在要求高温、化学稳定性高的场合,碳纤维复
合材料都颇具优势。
碳纤维环氧树脂基复合材料特性 (1)密度小。碳纤维环氧树脂基复合材料密度不及
钢密度的五分之一,仅是钛合金密度的 0.47 倍,尺寸相同的的结构件用碳纤维环氧树脂基
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三月七꧁꧂
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