复合材料力学讲义-3简单层板的微观力学性能

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1、复合材料力学3复合材料力学重点内容简单层板的宏观力学性能简单层板的微观力学性能简单层板的应力应变关系简单层板的强度问题刚度的弹性力学分析方法刚度的材料力学分析方法强度的材料力学分析方法简单层板的宏观力学性能简单层板的微观力学性能考虑多组份材料的构成，组分之间的相互作用用什么样的增强相、基体及复合工艺，获得的复合材料的性能如何？材料性能如何随材料组份含量变化而变化？微观力学:研究材料性能时,详细地研究组分材料的相互作用,并作为确定不均匀复合材料性能的一部分宏观力学:假定材料是均匀的,组分材料的影响仅作为复合材料的平均“表观”性能

2、来考虑如何预测复合材料性能的知识，对制造具有一定表观或宏观性能的复合材料来说是基本的引言引言用实验方法系统测定各种复合材料的宏观弹性特性和微观力学性能的关系涉及参数太多，费用巨大复合材料性能不稳定和试验误差，使试验结果较为分散单用试验手段很难获得全面的、系统的和有良好规律的结果，需要有理论配合微观力学研究改进复合材料宏观特性减少试验工作量反向推算复合材料中纤维和基体的平均特性引言简单层板的性能实验确定由组分材料的性能用数学方法求得微观力学方法来预测材料力学方法：对力学系统假设性能进行大量简化弹性力学方法：极值原理/精确解/近似

3、解从设计的观点来看微观力学是宏观力学的助手局限性纤维和基体之间理想的粘接假设需要详细的实验验证引言目的用组分材料的弹性模量来确定复合材料的弹性模量用组份材料的强度研究复合材料的强度体积份数纤维（fibres）：Vf=纤维体积/复合材料总体积基体（matrix）：Vm=基体体积/复合材料总体积引言Thevoidfraction引言Silver–CopperAlloyreinforcedwithCarbonFibers.InBorsicfiber-reinforcedaluminum,thefibersarecomposedofa

4、thicklayerofborondepositedonasmall–diametertungstenfilament.引言Typicalcompositecross-sectionmicrographThedistributionoffibresisunhomogeneous.Inordertobuildmicromechanicalmodels,simplifyingassumptionsaremadeonthepackingoffibres.Themostsimplepackingisthesquarepackingas

5、shown引言Itisfairlystraightforwardtofindanexpressionbetweenthefibrevolumefractionvfofsuchasquarepacking,thefibrediameterd,andthedistancebetweenfibres：引言ThefibrevolumefractionTriangularpackingoffibres引言Maximumpackingisobtainedinbothpackingmodelsford=s.Itgivesinthecaseo

6、fsquarepackingvf-max=0.79,andforthetriangularpacking0.91引言引言Inthepractice,fibrevolumefractionforcompositebasedonunidirectionallayerscanbefoundintherange0.5to0.8AnotherremarkconcernsthevoidcontentTypicalautoclave(pressure+vacuum)curedcompositeproductshavevoidscontent

7、varyingfrom0.1to1%Pressurebag(novacuum)curedcompositescanhavevoidscontentintheorderof5%MechanicsofmaterialapproachAblockofcompositecontainingfibreandmatrixissimplifiedtoblockcontainingtwovolumes.Thesetwovolumesareconnectedtogetherandrepresentthematrix(m)andthefibre(

8、f)withtheirrespectivepropertiesandvolumefractionsAnelasticitymodulusisthenobtainedbyperformingasimpleexperiment,wherethetworepresentativev