复合材料性能的复合准则课件

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1、第三章金属基复合材料性能的复合准则1第一节　力学性能的复合准则第二节　物理性能的复合准则本章作业复合材料性能的复合准则材料学院2教师：孙继兵第一节　力学性能的复合准则一、增强原理二、强度增强率三、连续纤维增强复合材料的复合准则四、非连续纤维增强复合材料的复合准则本章材料学院3教师：孙继兵一、增强原理根据增强材料的不同，金属基复合材料可分成分散强化、颗粒增强和纤维增强三种，本节将分别讨论它们的增强原理.1、分散强化原理2、颗粒增强原理3、纤维增强原理第一节材料学院4教师：孙继兵1、分散强化原理分散强化复合材料是由微细硬质点与金属基体复合而成。作为增强剂的硬点主要是金属氧

2、化物、碳化物和硼化物，如Al2O3、TiC、SiC等。分散强化原理与析出强化机理相似，可用Orowan位错绕过机制说明。载荷分布：载荷主要由基体负担，分散微质点阻碍基体中的位错运动，质点阻止位错运动能力越大，强化效果越好.分散强化机制示意图材料学院5教师：孙继兵分散强化原理金属学中，在切应力τ的作用下，位错滑移，遇到质点位错线弯曲，位错线弯曲部分曲率半径R为R=Gmb/2τ式中Gm为基体剪切模量，b为柏氏矢量，t为强迫位错线绕过颗粒所需的切应力。若质点间距为Dp，在剪应力作用下，位错线曲率半径R=Dp/2时，复合材料产生塑性变形，此时剪应力为复合材料的屈服强度，其值为t

3、y=Gmb/Dp基体的理论断裂应力为tmb＝Gm/30，基体屈服强度为tms=Gm/100，它们分别为位错运动所需剪应力的上、下限。一般工程用金属G=104-105N/mm2，位错强度得出具有增强作用的质点距离上、下限为0.3mm和0.01μm。材料学院6教师：孙继兵质点尺寸的影响如果质点直径为d，体积分数为Vp，质点弥散且均匀分布，根据体视金相学，有如下关系；代入ty=Gmb/Dp式中，可得显然，质点尺寸越小，体积分数越高，强化效果越好。一般Vp=0.01~0.15，d=0.1~0.01μm。材料学院7教师：孙继兵2、颗粒增强原理颗粒增强复合材料是由尺寸较大〈>1mm

4、〉的坚硬颗粒与金属基体复合而成。载荷分布：增强原理与分散强化不同，虽然载荷主要由基体承受，但颗粒也承受载荷并约束基体的变形。颗粒阻止基体位错运动的能力越大，增强效果越好。在外力作用下，基体内位错的滑移在基体—颗粒界面上受到阻滞，并在颗粒上产生应力集中，其值为s：复合材料平均强度根据位错理论，应力集中因子为则有材料学院8教师：孙继兵假定颗粒破坏的强度sp=Gp/C，C为比例系数如果si=sp时，颗粒开始破坏，产生裂纹，引起复合材料变形sp=Gp/C=得出颗粒增强复合材料的屈服强度为=又得出=材料学院9教师：孙继兵讨论影响强度的因素质点尺寸d越小，体积分数Vp越高，强度越高

5、，颗粒对复合材料的增强效果越好。在实用的颗粒增强复合材料中，增强颗粒的直径为1~50μm，颗粒间距为1~25mm，颗粒体积分数为0.05~0.50。=材料学院10教师：孙继兵3、纤维增强原理纤维增强复合材料是由连续〈长〉纤维或不连续〈短〉纤维与金属基体复合而成。载荷分布：复合材料受力时，高强度、高模量的增强纤维承受大部分载荷，而基体主要作为媒介，传递和分散载荷。复合材料的力学性能：除与纤维和基体性能、纤维体积分数有关外，还与纤维与基体界面的结合强度，基体剪切强度和纤维排列，分布方式和断裂形式有关。通常纤维增强复合材料的弹性模量断裂强度=[+]材料学院11教师：孙继兵二、

6、强度增强率强度增强率F是复合材料强度与基体强度之比，即F=sc/sm，它表示复合材料增强效果。可得出分散强化的强度增强率如果那么颗粒增强复合材料强度增强率为材料学院12教师：孙继兵如果那么分散强化时，质点尺寸在0.01~0.1mm间，此时Fs=4~15。质点再细小就易形成固溶体，如质点较大，在0.1~1mm，Fs=1~3，增强效果不明显。这是因为质点尺寸在此范围内，易产生应力集中，强度下降。对分散和颗粒强化复合材料中，强度增强率与质点或颗粒体积分数Vp，直径d及其分布有关。一般说，质点越细小，F值越大。材料学院13教师：孙继兵纤维强化时的强度增强率为纤维增强复合材料的强

7、度增强率是纤维体积分数Vf、纤维直径df、纤维长度l、纤维纵横比l/df、基体强度及界面强度的函数。其中与界面强度关系很大，界面强度高时，传递载荷的效率高，增强效果好，与分散强化和颗粒增强相比，纤维增强的增强率较高，一般为30~50。材料学院14教师：孙继兵各类复合材料的强度增强率第一节材料学院15教师：孙继兵三、连续纤维增强复合材料的复合准则1、连续纤维增强复合材料的纵向弹性模量2、单向纤维增强复合材料的横向弹性模量3、单向连续纤维增强复合材料的泊松比4、单向纤维增强复合材料的剪切弹性模量5、复合材料工程常数的混合律6、单向连续纤维增强