山大复合材料结构与性能复习题答案.doc

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1、.1、简述构成复合材料的元素及其作用复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变形能力。增强相作用：能够强化基体相的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相，在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复合

2、材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。2、简述复合材料的基本特点(1)复合材料的性能具有可设计性材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。(2)材料与构件制造的一致性制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时，通常也就形成了复合材料的构件。(3)叠加效应..叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的叠加，使复

3、合材料获得一种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。(1)复合材料的不足复合材料的增强体和基体可供选择地围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。暗属性可分为有机增强体和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能

4、复合材料，纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种，同时为材料提供基本的结构性能；对于结构瓷复合材料，纤维的主要作用是增加韧性。4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量在复合材料中,纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强

5、度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低,不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高,由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层,..无法承担基体对纤维的力传递,也不利于复合材料抗拉强度的提高。5、如何设才计复合材料材料设计是指根据对材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性

6、赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下：1)通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标2)选择材料体系（增强体、基体）3)确定组分比例、几何形态及增强体的配置4)确定制备工艺方法及工艺参数5)以上主要为设计步骤，在完成复合材料设计方案后，应结合市场供应情况和研制单位的已有条件，采购原材料，购置或改造工艺设备，完成制造工艺条件准备6)测试所制得样品的实际性能，检验是否达到使用性能要求和设计目标7)在总结设置经验与成果的基础上，调

7、整设计方案，组织制品生产6、如何改善复合材料界面相容问题相容性是指亮哥相互接触的组分是否相互容纳。在复合材料中是指纤维与基体之间是否彼此协调、匹配或是否发生化学反应。复合材料界面相容性包括：物理相容性和化学相容性..复合材料界面的物理相容性主要包括润湿性、热膨胀匹配性和组分之间元素的相互溶解性。1)纤维与基体之间的润湿性在复合材料工艺过程中，液态基体与纤维最好能发生润湿，以免复合材料界面结合太弱，使其传递载荷的功能不能充分发挥。2)热残余应力热残余应力是由于复合材料组分之间的热膨胀系数不同，当使用或制造过程中所处的温

8、度偏离复合材料成型温度时，在组元界面处产生的结构应力。这种残余应力与复合材料所承受的外载荷产生的应力相叠加，将影响复合材料的承载能力。甚至在复合材料中造成微裂纹使复合材料丧失承载能力。良好的复合材料界面化学相容性是指在高温时复合材料中的两组分之间处于热力学平衡且两相反应动力学十分缓慢。但是，出共晶复合材料和原位生长复合材料外，一般复合材料都不属