复合材料界面力学分析与设计开题报告

《复合材料界面力学分析与设计开题报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、附录3开题报告毕业设计（论文）开题报告题目名称:航空复合材料界面力学性能分析学生姓名李扬专业机械工程及自动化班级六班一、选题的目的意义随着汽车轻量化、航空及军工材料多元化发展趋势，传统金属材料已不能完全满足使用需求，复合材料的快速发展和广泛应用使得材料运用更加完善。而界面是复合材料极为重要的微观结构，它作为增强体与基体连接的“桥梁”，对复合材料的物理机械性能有重要的影响。随着对复合材料界面结构及优化设计研究的不断深入。研究材料的界面力学行为与破坏机理是当代材料科学、力学、物理学的前沿课题之一。复合材料一般是由增强相、基体相和它

2、们的中间相(界面相)组成，各自都有其独特的结构、性能与作用，增强相主要起承载作用；基体相主要起连接增强相和传载作用，界面是增强相和基体相连接的桥梁，同时是应力的传递介质。对增强相和基体相的研究已取得了许多成果，而对作为复合材料3大微观结构之一的界面问题的研究却不够深入，其原因是测试界面的精细方法运用起来较困难，其理论尚不完整，尤其从力学的角度研究界面的性质、作用及其对复合材料力学性能的影响和破坏机理等方面的工作正在开展。界面的性质直接影响着复合材料的各项力学性能，尤其是层间剪切、断裂、抗冲击等性能，因此随着复合材料科学和应用的

3、发展，复合材料界面及其力学行为越来越受到重视。近年来，国际复合材料界对复合材料细、微观结构如何影响其宏观性能方面越来越重视，以1995年在加拿大召开的第10届国际复合材料大会为例，复合材料微观结构与性能的研究成了大会讨论的热点，涉及细、微观结构的文章有23篇、微观力学的文章有17篇、断裂力学的有13篇。专家们一致认为解决复合材料界面与应力问题的有效途径应当采用真实可靠的细微观测试技术，并结合细观力学的分析方法，对复合材料的损伤机理和破坏模式进行细致的研究，才能对复合材料的强度进行准确预报。因此，对复合材料界面力学性能的研究具有

4、重大意义。二、国内外研究综述复合材料中的增强体不论是颗粒还是纤维，与基体在成型过程中将会发生程度不同的相互作用和界面反应，形成各种结构的界面。而复合材料，作为结构材料，要将物理、化学及力学性能相差较大的增强纤维和基体复合形成一个整体，并且最大限度的发挥其最佳的综合性能，必须要求两相之间形成完整的界面。界面作为复合材料纤维与基体性能复合的桥梁，在复合材料中起着重要的作用：1.界面直接影响到纤维与基体间的应力传递与分散，从而影响复合材料的刚度与强度；2.界面控制复合材料损伤积累及传播的历程，进而影响复合材料的断裂韧性；3.界面严重

5、影响到复合材料的耐老化、介质稳定性。因此深入研究界面的形成过程、界面层性质、界面粘合应力传递行为以及他们对宏观力学性能的影响规律，精确地表征增强相与基体之间界面粘结的情况，利用定量化描述，进而有效进行控制，是获取高性能复合材料关键。早期的复合材料研究认为复合材料界面仅是增强材料与基体材料之间的一个结合面。后来研究者发现无论是从纤维应力传递角度还是从复合材料结构角度来考虑，纤维与基体间存在的都不是一个简单的结合面，而是性质与纤维、基体本体都不相同，组成和结构随原料配比和加工条件变化而变化的具有有限厚度的物质。后来，从层压板内应力

6、松弛和纤维/基体均匀应力传递研究中，提出了两个早期的唯象界面理论(可形变层理论和约束层理论)，并从事实上揭示了界面层存在的必然性；随后在硅烷偶联剂对玻璃纤维影响的模拟研究中证明了硅烷偶联剂导致玻璃纤维增强热固性塑料力学性能提高，界面层的组成和结构也发生了改变，并对复合材料体系的整体性能起着决定性的作用。上世纪七十年代起，碳纤维等高性能纤维和增强热塑性树脂开始受到特别的重视。一方面在纤维表面引入聚合物涂层以优化复合材料的强度和韧性成为工业开发和基础研究中的热点；另一方面，热塑性聚合物因纤维的存在而产生的结构形态变化以及对复合材料

7、性能的影响形成了纤维增强复合材料领域中的新课题。与此同时，以微、细观力学试验和有限元分析为主流的复合材料力学研究开始考虑第三相(界面相)的存在。以Drzal[31-32]在论文标题使用界面相这一术语为标志，纤维复合材料界面工程的研究进入了新的阶段；以准确把握纤维处理过程和复合材料加工工艺对界面层结构的作用，以及二维的界面相物质与复合材料性能之间关系为目的而进行的界面研究，成为材料科学与工程领域中的一个十分活跃的分支。随着对界面认识的不断深入，发现复合材料界面效应与增强体及基体(聚合物、金属)两相材料之间的润湿、吸附、相容等热力

8、学问题有关，与两相材料本身的结构、形态以及物理、化学等性质有关，与界面形成过程中所诱导发生的界面附加应力有关，还与复合材料成型加工过程中两相材料相互作用和界面反应程度有密切关系。复合材料界面结构极为复杂，因此国内外学者围绕增强体表面性质、形态、表面改性、表征以及增强体与基体的