复合材料结构

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1、复合材料结构设计的特点(1)复合材料既是一种材料乂是一种结构(2)复合材料具有可设计性(3)复合材料结构设计包含材料设计复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好(设计人员可根据所需制品対力学及其它性能的要求，对结构设计的同吋对材料木身进行设计)具体体现在两个方面1力学设计一一给制品一定的强度和刚度、2功能设计一一给制品除力学性能外的其他性能复合材料力学性能的特点⑴各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹性性能独立的工程

2、弹性常数有两个：E(弹性模量)和v(泊松比)或剪切弹•性模量Go2(1+可对于复合材料中的每个讥层，表达材料弹性性能的独立的工程弹性常数有四个：纵向弹性模量El、横向弹性模屋Et、纵向泊松比Vl(或横向泊松比Vt)、而内剪切弹性模量Glt。耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合(2)非均质性耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。(3)层间强度低在结构设计吋，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。研究复合材料的刚度和强度时，基本假设：(1)假设层

3、合板是连续的。市于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。(2)假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。(3)假设限于单向层合板是止交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂冇•的弹性对称面。(4)假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作川下产生的变形与外力成正比关系,且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原來形状。(5)假设层合板的变形是很小的。上述五个皋木假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有

4、区别。平面应力状态与平面应变状态平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等丁0(J=0，Tzx=0,Tzy=0)平面应变状态(平面位移)：e2=0(即u)=0),Tzx=0(Y31=0),Tzy=0(Y32=0),—般不等于0。复合材料连接方式复合材料连接方式主耍分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。连接方式优点缺点胶接连接不削弱构件截面以及由此引起的应力集屮等连接部位的质量较轻成本低耐腐蚀性好永久变形小胶接表而必须仔细清理强度分散性大，且胶接强度受温

5、湿环境的影响鮫大胶接质量的检验较困难多数情况F胶接具有不可拆卸性机械连接表面无须仔细清理即可获得较大的连接强度强度分散性小抗剥离能力大易于拆卸开孔须削弱构件截面，且引起应力集中等接头质量较大成本高可能有电化腐蚀问题永久变形大与金属材料构件之间的机械连接相比，复合材料连接还具有如下特点：1）山于复合材料易产生分层，故连接时应尽量避免过盈配合（过盈是指在连接中孔的直径小于轴的直径，此时孔与轴的配合称为过盈配合。过盈配合也叫静配合，用于孔、轴间的紧固连接，不允许两者Z间有相对运动）。2）像胶接一样，复合材料构件与金属构件Z间机械连接同样

6、会产牛较大的内应力。接头效率在金屈构件受拉剪的机械连接屮，用下式表示连接的接头效率：W为连接构件宽度：r=W—redn为沿构件宽度方向的紧周件数：Je—~d为紧周件孔的氏径。上式表明，接头效率是有连接孔构件能承受的最大载荷•无孔构件能承受的最大载荷Z比。复合材料连接设计中也采用类似的接头效率作为衡量接头设计成功与否的重要指标：_PjP/为接头能够承受的最大载荷；=氏凡为无接头的完整结构能够承受的最大载胶接连接PZ2yP/2V*（C）3)（Q）单搭接；（b）双搭接；（c）单面斜接；（d）双面斜接；@）单面阶梯型搭接；（/）双面阶梯型

7、搭接胶接连接接头的分析为了确保胶接连接安全可靠,避免胶接连接接头的提询破坏,必须正确分析胶接连接接头的内力与应力。以单而搭接为例來说明胶接连接接头的内力与应力分析计算。"1\\

8、\\1«2T6和忙2为搭按板的曾效拉丿尺弹件棋14和了2力搭按板单位•甩反的纵冋内力:"和C2力搭按板的"反•耳力胶以的"反：G为胶从的IW切棋屁.2为搭接畏度。并作如下假设：1)忽略叔荷偏心引血弯畑的影叫叭2)胶以仅乐盘対切炖丿八忽略以止血丿J:3)胶丿/所渥的射炖力构搭接板的和对位衫成山比.根据假设1,由微元体的平衡条件对得:dl、云+

9、丁=。1clTz(详一…丿根据假设2和3,胶层的剪切应力■应变关系为:GT=Gy=—(u2—心6和抵分别为搭接板的线应变，则按胡克定律可知:dxdu2云=电可得接头内力的控制方程:負W+"Pdux7=习=7；Eti=巧=P—八^2.^2&2上2