复合材料结构力学认识

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1、暨南大学研究生课程论文题目：复合材料结构力学认识学院：理工学院学系：土木工程专业：建筑与土木工程课程名称：复合材料结构力学学生姓名：陈广强学号：1339297001电子邮箱：chengq09@163.com指导教师：王璠复合材料结构力学认识主题词：复合材料力学；复合材料结构力学；力学特性；力学基础复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及基组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题，，在广议上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富，问题重要和研究对象不同，已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材

2、料力学并列的学科分支。一、复合材料结构力学研究内容和办法目前复合材料结构力学以纤维增强复合材料层压结构为研究对象，主要研究内容包括：层合板和层合壳结构的弯曲，屈曲与振动问题，以及耐久性、损伤容限、气功弹性剪裁、安全系数与许用值、验证试验和计算方法等专题。研究中采用宏观力学模型，可以分辩出层和层组的应力。这些应力的平均值为层合板应力。研究方法以各向异性弹性力学方法为主，同时采用有限元素法、有限差分法、能量变分法等方法。对耐久性、损伤容限等较新的课题则采用以试验为主的研究方法。二、复合材料结构的力学特性1、复合

3、材料的比强度和比刚度较高材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星、复合电缆支架、复合电缆夹具等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。复合材料的力学性能可以设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。例如，在某种铺层形式下，材料在一方向受拉而伸长时，在垂直于受拉的方向上材

4、料也伸长，这与常用材料的性能完全不同。又如利用复合材料的耦合效应，在平板模上铺层制作层板，加温固化后，板就自动成为所需要的曲板或壳体。2、复合材料的抗疲劳性能良好一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。3、复合材料的减振性能良好纤维复合材料的纤维和基

5、体界面的阻尼较大，因此具有较好的减振性能。用同形状和同大小的两种梁分别作振动试验，碳纤维复合材料梁的振动衰减时间比轻金属梁要短得多。4、复合材料通常都能耐高温在高温下，用碳或硼纤维增强的金属其强度和刚度都比原金属的强度和刚度高很多。普通铝合金在400℃时，弹性模量大幅度下降，强度也下降；而在同一温度下，用碳纤维或硼纤维增强的铝合金的强度和弹性模量基本不变。复合材料的热导率一般都小，因而它的瞬时耐超高温性能比较好。5、复合材料的安全性好在纤维增强复合材料的基体中有成千上万根独立的纤维。当用这种材料制成的构件超

6、载，并有少量纤维断裂时，载荷会迅速重新分配并传递到未破坏的纤维上，因此整个构件不至于在短时间内丧失承载能力。6、复合材料的成型工艺简单纤维增强复合材料一般适合于整体成型，因而减少了零部件的数目，从而可减少设计计算工作量并有利于提高计算的准确性。另外，制作纤维增强复合材料部件的步骤是把纤维和基体粘结在一起，先用模具成型，而后加温固化，在制作过程中基体由流体变为固体，不易在材料中造成微小裂纹，而且固化后残余应力很小。三、复合材料结构的力学的基础1、复合材料的结构力学设计基础一种新复合材料制品的开发设计，遵守的程

7、序是首先是复合材料制品的造型(构造)设计，其次是复合材料的物化性能设计和复合材料制品的结构设计，接下来是复合材料制品的成型工艺设计，最后是复合材料制品的质量检验。1.1复合材料结构设计过程复合材料结构设计是选用不同材料综合各种设计(如层合板设计、典型结构件设计、连接设计等)的反复过程。在综合过程中必须考虑的因素：结构质量、研制成本、制造工艺、结构鉴定、质量控制、工装模具的通用性及设计经验。(1)明确设计条件。如性能要求、载荷要求、环境条件、形状限制等；(2)材料设计。包括原材料选择、铺层性能的确定、复合材料

8、层合板的设计等。(3)结构设计。包括复合材料典型结构件(如杆、梁、板、壳等)和复合材料结构(如刚架、硬壳式结构等)的设计。原材料的选择与复合材料的性能关系甚大，因此，正确选择合适的原材料就能得到需要的复合材料的性能。原材料选择必须遵循一些原则，(1)比强度、比刚度高的原则；(2)材料与结构的使用环境相适应的原则，要求材料的主要性能在结构整个使用环境条件下下降幅度应不大于10%。(3)满足结构特殊性要求的原则；(4