第十章：复合材料的基本的 力学行为 现代实验力学 .pptVIP

第十章：复合材料的基本力学行为 什么是复合材料？ 复合材料是由两种以上性质不同的组分构成的材料。复合材料有多种，本课程主要讨论作为结构材料使用的复合材料----纤维增强复合材料。 复合材料的主要特点： （1）组分间存在明显界面； （2）材料的力学性质各项异性； （3）材料可以根据需要设计； （4）材料比重小。 复合材料的应用领域 航空航天工业 军事工业 民用工业 交通工业 化学工业 其它工业 复合材料的相对重要性 10.1 纤维复合材料增强机理和分类 复合材料增强方法 复合材料的成型—热压 加热 加热 热压时的工艺参数 压力? 温度? 含水量? 固化剂? 纤维增强复合材料与基体的强度比较 800 400 0 0。5 1 Strain (%) Stress 106MPa SiC/epoxy epoxy E玻璃纤维 S玻璃纤维 高模量碳纤维 高强度碳纤维 硼纤维 二氧化硅纤维 钨纤维 铍纤维 Kevlar-49纤维 钢 铝合金 玻璃 钨 铍 复合材料性能 10.2 单向复合材料的拉伸试验 （1）拉伸试件 （2）纵向拉伸 （3）横向拉伸 （4）压缩试验 压缩试验的主要破坏形式是失稳 E为弹性模量， I为横截面惯性矩， l为长度 端部铰支： 端部固定： （5）压缩试验和夹具 （6）剪切试验面内剪切试验 （7）弯曲试验 三点弯曲： p f Dp Df （8）四点弯曲 注意事项：试验安全！ （9）层间剪切试验 ts---中型面最大剪力 注意： （1）短梁L/h5，增大ts/sf （2）失效往往发生在其它处 10.3 复合材料的组分 设复合材料的体积为Vc，它由纤维的体积Vf和基体材料的体积 Vm组成。令mc, mf, mm 分别代表复合材料、纤维和基体材料的质量，令体积分数和质量分数相应地用字母f和w表示，则体积分数可定义如下： ff =Vf/Vc， fm =Vm/Vc Vc=Vf+Vm 质量分数为： wf =mf/mc， wm =mm/mc mc=mf+mm 若密度用r表示, 则 ff =Vf/Vc=（rc/rf)(mf/mc)= (rc/rf)wf fm =Vm/Vc= (rc/rm)wm 因而有： rc=rfff + rmfm 对于多组分复合材料： ef=em=ec sf=efEf sm=emEm 若以Af和Am表示纤维和基体材料的横截面： pf=sfAf=efEfAf pm=smAm=emEmAm pc=pf+pm (1) 纵向刚度 or 对于多组分复合材料： （2）横向刚度 在复合材料横向方向上，材料的整体变形dc等于纤维的形变df和基体的形变dm的和： dc=df+dm dc=ecbc df=efbf dm=embm bm bc bf (3) 主泊松比 （作业：自己推导） 10.4 复合材料的失效模式和强度 （1）拉伸曲线