复合材料结构设计基础

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1、复合材料结构设计基础材料科学与工程学院李顺林王兴业主编刘锡礼刘德安主审武汉理工大学出版社教材复合材料结构设计基础主讲教师：葛曷一，任保胜课程先修力学基础内容提要从材料力学基础出发，介绍复合材料力学、复合材料结构力学和复合材料构件设计的基本知识。具体：复合材料经典层合板理论、刚度和强度的计算方法、复合材料结构元件的分析和典型产品结构设计的基本步骤和方法等内容。材料力学和弹性力学在《娱乐至死》节目中，美国学者尼尔·波兹曼提到了娱乐遵循的三原则：第一，你不能有前提条件，观众在观看你的节目时，不需要具备其他知识；第二

2、，你不能给观众出难题，动脑筋的事儿别涉及；第三你应该像躲避瘟神一样避开阐述、争论、假设、讨论、说理、辩驳或其他传统演说方法。在《复合材料结构设计基础》讲授中，我们同样指出学习必须遵循的三原则：第一，你一定有前提条件，学生在听讲课时，必须需要具备其他知识；第二，你一定给学生出难题，动脑筋的事儿特别多；第三你应该像迎接丘比特一样喜爱阐述、假设、讨论、推理、计算或其他方法。1、绪论1.1复合材料(CompositeMaterials)定义、分类与命名(1)由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种

3、与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。(2)两种或两种以上不同化学性质或不同组织相的物体，以微观形式或宏观形式组合而成的材料。（3）有连续相的基体(如聚合物－树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强体材料(如各种纤维、织物及粉末填料等)组成的多相体系。定义用途结构复合材料功能复合材料分类以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用，用于如绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减振或热变形等热、声、光、电、磁的功能要求。以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工程所应用，主要用于结构承力或维持结构外形。组成基

4、体材料(连续相)增强材料(分散相)分类粘结、保护纤维，并传递应力金属基复合材料非金属基复合材料复合材料高聚物基复合材料陶瓷基复合材料树脂基复合材料橡胶基复合材料热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料颗粒增强复合材料纤维增强复合材料复合材料连续纤维复合材料不连续纤维复合材料层合结构复合材料缠绕结构复合材料颗粒强化复合材料弥散强化复合材料多向编织复合材料短切纤维复合材料晶须复合材料颗粒直径范围1~50μm，颗粒体积含量25％~70%，增强颗粒之间的距离一般大于1μm。颗粒的作用：由于颗粒本身的刚硬阻止基体变形而

5、起到增强作用。颗粒直径范围0.01~0.1μm，颗粒体积含量1％~15％。颗粒的作用：阻止基体材料的位错运动而起到增强作用。由无纬布或纤维织物铺叠而成由纤维粗纱缠绕或纤维织物带按一定缠绕规律卷绕而成由纤维在三维多方向编织而成(1)强调基体即强调了基体材料的种类和特征命名(2)强调增强体即强调增强材料的种类和性质酚醛树脂基复合材料、铝合金基复合材料等碳纤维复合材料、金属纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等(3)基体与增强体并用即同时出现基体材料和增强体材料碳纤维增强环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材

6、料等。(4)俗称玻璃钢就是玻璃纤维增强树脂基复合材料的俗称1.2复合材料的发展简史与现状古代泥坯(稻草掺入泥中)、弓(木材为芯，在受拉面胶有平行的纤维)。近代十九世纪末期出现由纤维增强橡胶制成的轮胎、橡胶布。现代20世纪40年代初，美国首先用玻璃纤维增强塑料制造飞机雷达天线罩。之后，玻纤增强塑料（我国俗称玻璃钢）广泛用于航空、造船、汽车、化工、电器等国防和国民经济各部门。我国先进复合材料的应用和研究是从20世纪60年代末期开始的。我国复合材料的发展潜力和热点复合材料创新聚丙烯腈基纤维发展玻璃纤维结构调整开发能

7、源、交通用复合材料市场纤维复合材料基础设施应用复合材料综合处理与再生复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。聚丙烯腈基纤维发展我国碳纤维工业发展缓慢，与发达国家比较存在很大差距。国内碳纤维发展过程中国PAN基CF市场概况、特点大力发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。玻璃纤维结构调整改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤

8、维增强材料的新发展。开发能源、交通用复合材料市场清洁、可再生能源用复合材料；汽车、城市轨道交通用复合材料；民航客机用复合材料；船艇用复合材料。纤维复合材料基础设施应用国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。复合材料综合处理与再生重点发展物理回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术