纤维增强复合材料不同的材料特征和不同的设计理念.pdf

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1、2014年第9期玻璃钢／复合材料71纤维增强复合材料不同的材料特征和不同的设计理念张汝光(上海玻璃钢研究院，上海201404)摘要：要用好材料，首先要认识材料。复合材料具有与常规传统材料完全不同的材料特征，本质上是结构物，具有独特的优势和特殊的薄弱环节。为此，复合材料结构设计需要完全不同的设计理念：整合设计是有效利用复合材料综合优势的最佳途径，要设计好材料，用好增强纤维，还要处理好特殊的薄弱环节。用好纤维，关键是正确设计细观纤维结构，基础是要了解和掌握复合材料力学性能机理。关键词：材料特征；结构物；独特优势；薄弱环节；整合设计；纤维结构；力学性能机理中图分类号：TB332

2、文献标识码：A文章编号：1003-0999(2014)09-0071-05人们总是习惯于用常规材料的观念去认识和使先必须认识材料，并且认为认识材料的最佳途径就用复合材料，这对复合材料的发展产生很大障碍。是进行材料性能实验研究。为此，他领导同济大学我国复合材料力学的开创者朱颐龄教授在20世纪新材料结构研究所的性能研究室，全面开展对复合70年代就明确指出：复合材料是结构物。20世纪材料力学性能机理的实验研究工作。在深刻认识材8O年代，他认为在结构设计中不了解力学性能机料特征的基础上，他最早提出“复合材料是结构物”理，就随意铺设纤维的做法是在瞎搞。他感叹：“我的科学论断。们有些

3、同志搞了20多年玻璃钢，其实还不认识玻璃1．1复合材料有完全不同的材料概念钢。我认为这是我国复合材料事业发展缓慢的重要1．1．1复合材料的不同材料概念原因”。无独有偶，1988年美国国会技术评价局的常规材料的材料概念，《新华辞典》的定义是：一份研究报告《设计的先进材料》¨中，在“影响先用于直接制造制品的物料。而复合材料制品制造时进材料应用的因素”一节的开头就指出：“先进结构还没有出现复合材料。由此又产生与常规材料的根材料的更广泛应用，不但需要解决技术问题，还需要本不同：复合材料是与其制品同时制造的；制品设计转变研究人员和用户的观念，他们习惯于用更适合时，不能选材，需要设计

4、材料；可以针对特定制品，设于常规材料的观念考虑问题。”认为“复合材料与其计特定的最适合材料；材料和制品是“一一对应”的。看作材料，确实更应该看作是结构”。笔者感到，即1．1．2复合材料是以不同的概念定义的材料使又过去了30年，但这一问题至今仍未得到根本性常规材料是以物料的物质成分定义的，如金属、解决，不了解性能机理就随意铺设纤维的情况依然陶瓷、塑料等。因此，各种常规材料都有特定的物质经常发生，这依然是我国复合材料事业健康发展的成分，自然都有特定的性能范围。复合材料的定义一大障碍。为此，根据笔者对朱颐龄老师思想的理是：两种或两种以上物料，以物理结合的方式复合而解以及长年从事

5、复合材料研究工作的实践体会，谈成的固体物料。这是以对物料的复合使用方法定义谈笔者关于复合材料有完全不同于常规材料的材料的，即没有特定的物质成分，也没有特定的复合形特征和需要完全不同设计理念的认识，与大家交流，式。因此，我们可以通过选择不同性能的组分和设供大家参考。计不同复合形式(尤其纤维结构形式)，设计出各色各样、千差万别的复合材料。复合材料没有特定的1复合材料有完全不同于常规材料的材料材料性能范围。特征1-2复合材料本质上是个结构物2O世纪6O年代，朱颐龄就指出：复合材料是有朱颐龄特别强调复合材料的结构物本质。这是不同材料概念的一簇材料。他强调要用好材料，首因为，只有将

6、其视作结构物，我们才能更深刻地认识收稿日期：2014—06—17作者简介：张汝光(1940一)，男，教授级高工，主要从事复合材料力学方面的研究。I&4．Q．92014年第9期玻璃钢／复合材料73对不同部位，赋予不同功能，采用不同构件形式和相合材料车身的2～l0个。这就意味着，部件加工专应不同的最合理的材料性能，可以很自由地进行最用设备减少了二三百个，车身安装工序减少了二三优化设计。百个，流水作业线大大缩短，所需员工减少，车间减1．4复合材料有特殊薄弱环节小，新车型推出周期可以缩短等。复合材料不同的材料特征和使用方法，也造成显然，复合材料的整合设计不是材料的简单替其不同于常

7、规材料的特殊的薄弱环节。例如，复合代，它不但提高了产品质量、生产效率和效益，甚至材料本质是结构物，非匀质材料，材料一般不发生整还将更深刻地影响到传统的汽车制造业。体的破坏，而会在相对最薄弱的环节首先发生破坏，2．2不能选材，需要设计材料尤其要注意树脂。为了有效利用复合材料，复合材料结构设计需复合材料存在复合效应，设计不好会产生负效要针对独特的制品，设计独特的复合材料。材料设应，引起结构失效。计是结构设计的一个重要环节，核心是用好纤维，关复合材料制品的最优化设计，使其最薄弱环节键是正确设计细观纤维结构，基础是了解和掌握力不一定在