第三部分复合材料的设计原理和复合理论.pptVIP

第1页，共33页，星期日，2025年，2月5日复合材料的基本理论材料的微观组织形状、分散程度体积分数几何学特征原材料的性能力学性能物理性能界面的状态复合材料的基本理论复合材料的整体性能??复合材料理论与组织、性能之间的关系第2页，共33页，星期日，2025年，2月5日3.1力学性能的复合法则3.1.1增强原理为了提高力学性能而研制的复合材料，有三种类型：（1）弥散增强型；（2）颗粒增强型；（3）纤维增强型（连续纤维、短纤维增强）。其中（1）、（2）两种类型的增强原理几乎是相同的，而（3）型属于另外一种。第3页，共33页，星期日，2025年，2月5日弥散增强型50x50μm颗粒增强型50x50μm第4页，共33页，星期日，2025年，2月5日纳米碳管纤维第5页，共33页，星期日，2025年，2月5日主要由基体承担载荷弥散质点（微粒）阻碍基体中的位错运动或分子链运动阻碍能力越大，强化效果越好条件：质点是弥散于基体中且均匀分布的球形d为微粒直径Vp为体积分数Gm为基体的切变模量b为柏氏矢量τy为复合材料的屈服强度弥散质点的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。一般Vp=0.01~0.15，dp=0.001μm~0.1μm基体发生位错运动时，复合材料产生塑性变形，此时剪切应力τy即为复合材料的屈服强度（1）弥散增强第6页，共33页，星期日，2025年，2月5日（2）颗粒增强颗粒的尺寸较大(1μm)基体承担主要的载荷颗粒也承担载荷颗粒约束基体的变形σy为复合材料的屈服强度Gp为颗粒的切变模量C为常数颗粒的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。一般在颗粒增强复合材料中，颗粒直径为1~50μm，颗粒间距为1~35μm，颗粒的体积分数为0.05~0.5。第7页，共33页，星期日，2025年，2月5日颗粒增强复合材料:用金属或高分子聚合物为粘接剂，把具有耐热性好、硬度高但不耐冲击的金属氧化物、碳化物、氮化物粘结在一起而形成，既具有陶瓷的高硬度及耐热性，又具有脆性小、耐冲击等优点。颗粒增强复合主要是为了改善材料的耐磨性或综合的力学性能。第8页，共33页，星期日，2025年，2月5日位错在晶面上滑移（a）和在TiC颗粒前位错的塞积（b）第9页，共33页，星期日，2025年，2月5日不均匀变形引起位错增殖强化颗粒复合材料的变形属于两相不均匀变形。较硬的颗粒不变形或变形较小，因此在界面上形成较高的形变不匹配，产生较高的变形应力。该应力的释放靠放出位错环实现，从而增加了基体位错的密度两相不均匀变形在界面形成的位错环第10页，共33页，星期日，2025年，2月5日（3）连续纤维增强串联模型并联模型基体增强体基体：通过界面将载荷有效地传递到增强相（晶须、纤维等），不是主承力相。第11页，共33页，星期日，2025年，2月5日连续纤维增强（并联模型，等应变模型）因P=σ?A，所以σc?Ac=σm?Am+σr?Ar----（1）Ac=Am+ArAm/Ac=fmAr/Ac=fr(面积分数=体积分数)（1）式两边同除以Ac，σc?Ac/Ac=σm?Am/Ac+σr?Ar/Ac即σc=σm?fm+σr?fr----（3）基体与纤维发生同样的应变εc=εm=εf=ε（3）式两边同除以ε，σ/ε=EEc=Em?fm+Er?fr复合材料的载荷=基体载荷+纤维载荷Pc=Pm+Pr第12页，共33页，星期日，2025年，2月5日连续纤维增强（串联模型，等应力模型）EmEf串联模型并联模型体积分数fr第13页，共33页，星期日，2025年，2月5日4)短纤维增强短纤维（不连续纤维）增强复合材料受力时，力学特性与长纤维不同。该类材料受力基体变形时，短纤维上应力的分布载荷是基体通过界面传递给纤维的。在一定的界面强度下，纤维端部的切应力最大，中部最小。而作用在纤维上的拉应力是切应力由端部向中部积累的结果。所以