复合材料力学基础

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1、材料力学(MaterialMechanics)16复合材料力学基础2湘潭大学土木工程与力学学院===============★===============================================16.1概述16.2复合材料的种类16.3合材料的构造及制法16.4复合材料力学分析的基本假设和方法16.5复合材料的力学性能16.6复合材料的各种应用16.7各向异性弹性力学基本方程16.8各向异性弹性体的应力应变关系16.9正交各向异性材料的工程弹性常数3湘潭大学土木工程与力学学院复合材料是由两种或多种不同性质的材

2、料用物理或化学方法制成的具有新性能的材料，一般复合材料的性能优于其组分材料的性能，并且有些性能是原来组分下列材料所没有的，复合材料可能改善组分材料的刚度、强度、热学等性能。现在复合材料已广泛应用于各种工程和日常生活，例如胶合板、钢筋混凝土、夹布橡胶轮胎、玻璃钢等。复合材料的力学性能比一般金属材料复杂得多，主要有不均匀、各向异性、不连续等，因此逐步发展成为复合材料特有的力学理论，称为复合材料力学，它是固体力学学科中的一个新分支。16.1概述4湘潭大学土木工程与力学学院16.2复合材料的种类颗粒复合材料层合复合材料纤维增强复合材料1

3、6.2.1复合材料的种类5湘潭大学土木工程与力学学院1.玻璃纤维2.硼纤维3.碳纤维4.芳纶纤维5.碳化硅纤维及氧化铝纤维16.2.2几种常用纤维6湘潭大学土木工程与力学学院1.树脂基体2.金属基体3.陶瓷基体4.碳素基体16.2.3几种常用基体7湘潭大学土木工程与力学学院（a）单层纤维单层复合材料（b）交织纤维图16.1单层复合材料构造形成16.3合材料的构造及制法16.3.1复合材料的基本形式8湘潭大学土木工程与力学学院图16.2叠层材料构造形式举例叠层复合材料9湘潭大学土木工程与力学学院1.玻璃纤维环氧复合材料将环氧树脂基体

4、浸渍玻璃纤维经烘干形成半成品材料—预浸料，再通过不同成型方法得到各种制品，其中有手糊方法、喷射成型、缠绕方法、层压方法等。16.3.2复合材料的制造方法2.碳纤维增强金属基复合材料一般制造方法有扩散结合法、熔融金属渗透法、连续铸造法、等离子喷涂法等。10湘潭大学土木工程与力学学院3.单向短纤维复合材料将短切纤维悬浮在甘油中不停的搅动，加压迫使悬浮物经过一收敛渠道，纤维走向与流向相同，将含纤维液膜沉积到一细眼筛上快速过滤去掉甘油，这样形成了定向纤维毡，然后再加树脂并模压成短纤维复合材料。11湘潭大学土木工程与力学学院1.层合板是连续的2

5、.单向板是均匀的3.单向板是正交各向异性的4.层合板是线弹性的5.层合板的变形是很小的16.4复合材料力学分析的基本假设和方法16.4.1基本假设12湘潭大学土木工程与力学学院它从细观角度分析组分材料之间的相互影响来研究复合材料的力学性能。它从材料是均匀的假定出发，只从复合材料平均表观性能检验组分材料的作用来研究复合材料的宏观力学性能。16.4.2细观力学16.4.3宏观力学13湘潭大学土木工程与力学学院它从更粗略的角度来分析复合材料结构的力学性能，把叠层材料作为分析问题的起点，叠层材料的力学性能可由上述宏观力学方法求出，或为了简便和

6、可靠可用实验方法直接求出。16.4.4复合材料结构力学14湘潭大学土木工程与力学学院16.5复合材料的力学性能16.5.1纤维增强复合材料的重要力学性能1.玻璃纤维增强复合材料特点是比强度高，耐腐蚀、电绝缘、易制造、成本低，缺点是比模量较低。2.碳纤维复合材料有很高的比强度和比模量，耐高温、耐疲劳、热稳定性好。3.芳纶纤维增强复合材料是一种新的复合材料，它有较高的比强度和比模量。15湘潭大学土木工程与力学学院比强度高，尤其是高强碳纤维、芳纶纤维复合材料。比模量高，除玻璃纤维环氧外其余复合材料比模量值比金属高很多，特别是高模量碳纤维

7、复合材料最为突出。材料具有可设计性，这是复合材料与金属材料很大的不同点，复合材料的性能除了决定纤维和基体材料本身的性能外，还决定于纤维的含量和铺设方式。16.5.2复合材料的优点16湘潭大学土木工程与力学学院材料各向异性严重，垂直于纤维方向的性能主要取决于基本材料性能和基体与纤维间的结合能力。因此一般性能较低，特别是层间剪切强度很低。材料性能的分散度较大，质量控制和检测较困难。材料成本较高，目前硼纤维复合材料最贵，碳纤维及金属基复合材料比金属成本高很多。有些复合材料韧性较差，机械连接较困难。16.5.3复合材料的缺点17湘潭

8、大学土木工程与力学学院16.6复合材料的各种应用16.6.1航空、航天工程应用航空工程国内外已应用于飞机发动机、机身、机翼、驾驶舱、螺旋桨、雷达罩、机翼表面整流装置、直升飞机旋翼桨叶、客机前后翼身整流罩、主起落架舱门等