聚合物基复合材料力学性能.ppt

* 5)纤维体积分数vf 前面讨论的单向纤维复合材料纵向拉伸性能均与纤维体积分数vf有关，下面介绍vf求法。 (1)由含胶量计算。含胶量指树脂的质量分数，即树脂基体的质量占复合材料总质量的百分数。 * 对于玻璃纤维复合材料可采用烧蚀法测定，而碳纤维复合材料可采用酸蚀法测定。 * (2)显微镜法。 对于单向纤维复合材料，沿垂直纤维方向将试样的横截面抛光成镜面，利用光学显微镜就可看见截而上的纤维和基体，随机拍摄两种放大倍数的照片。 其中放大200倍的照片用于统计单位面积上的纤维数目，放大1200倍的照片用于测定单根纤维的横截面积，由此获得纤维的面积分数也即体积分数。 * 2.2 横向拉伸性能 前面所讨论的单向纤维复合材料的纵向拉伸性能主要与纤维及其含量有关。 单向纤维复合材料横向拉伸性能与基体或界面性能有关，它是单向板最薄弱的环节。 提高复合材料的横向拉伸强度，可以通过提高基体强度来实现。 * 3. 正交纤维复合材料的拉伸性能 上一节我们讨论了单向纤维复合材料的拉伸性能。在实际应用中，复合材料的构件很少有单向受力的情况。 为了充分发挥纤维的作用及复合材料可设计的特点，一般都是根据构件受力情况来决定纤维排列的方向、层数及铺层顺序，即铺层设计，获得多向纤维复合材料。 双向（正交）复合材料是以正交编织物（布）或单向纤维预浸料90° 正交铺层制得的复合材料。它是最简单的，也是最基本的多向复合材料。 可以预计，这种复合材料在纤维正交的两个方向上具有较高的拉伸强度和刚度，可以用来承担双向正交应力。 * 3.1 正交复合材料单轴拉伸的应力－应变曲线 单向复合材料纵向拉伸应力－应变曲线是一条直线。用单向玻璃纤维预浸料铺层的双向正交复合材料的单轴拉伸应力－应变曲线却是一条折线。 * 原因： ①单向复合材料纵向拉伸强度和模量取决于纤维，而基体的影响很小。所以单向纤维复合材料的应力－应变体现了玻璃纤维的力学特征，呈现线性的应力－应变关系。 * ②双向正交复合材料L向拉伸时，初始模量为各层板模量的总和。由于90°层强度很低，当90°层达到破坏应力时便产生裂纹，同时听到劈裂声，见到材料发白。90°层破坏失效，使双向复合材料模量减少，在应力－应变曲线上出现拐点。继续加载直到0°层达到其破坏应力时，复合材料突然破坏。 * 对于玻璃布来说，纤维垂直交织在一起。纤维处在弯曲、扭转状态。因此，玻璃布双向复合材料单轴拉伸时，玻璃纤维及基体产生的应变就较复杂。 其应力－应变曲线上也有拐点。这是由于玻璃布在径向拉伸时，经线被逐渐拉直。此时纬线更加弯曲，同时发生布层厚度的增加，导致纬线周围的基体开裂，在曲线上出现拐点。 正是由于玻璃布中纤维弯曲程度比玻璃纤维单板大得多，再加上编织过程中会大大降低纤维强度，造成玻璃布制得的复合材料的强度和模量比由玻璃纤维单板制得的复合材料低。 * 4. 多向复合材料的基本力学性能 为了发挥复合材料的特点，铺层方向是任意的，这样就可以按产品受力的要求进行铺层，以提高产品的承载能力。 沿任意方向铺层组合成的复合材料，“多向复合材料”，也叫做组合板。 通常使用的一种多向复合材料，是沿经纬向正交铺层和沿与正交层成45° 方向铺层组成的多向复合材料。这种多向复合材料的正交铺层，主要用来承受拉、压载荷的作用，而45°向铺层，主要用来承受剪切载荷的作用。 * * 组合板的铺层标记方法： [05/902/45/-453]s即[05/902/45/-453/ -453 /45 /902 / 05 ]T 下角标S表示镜面对称层合板，按方括号铺层再加镜面对称一次；下角标T表示非对称层板，方括号内写出全部铺层组的铺层顺序。 正负铺层简缩标记，如 [0/45/-45]s ＝ [0/± 45]s 重标记的方法，如[0/90/0/90 ]T ＝ [0/90 ]2T * 4.1 组合板中的附加应力与耦合效应 附加应力：多向复合材料（组合板）在外载荷作用下会产生附加应力（也叫层间应力）。 附加应变系数： mx：是x向作用的正应力σx 在xy向会引起剪应变，或xy向作用的剪应力τxy 在x向会引起正应变的弹性系数； my：是y向作用的正应力正应力σy在xy向会引起剪应变，或xy向作用的剪应力τ xy 在y向会引起正应变的弹性系数； * 附加应力产生主要有两个方面的原因： ①由于各单层板泊松比不同引起的附加