材料力学性能复合材料的力学性能 材料力学性能 讲义PPT学习教案

1、会计学1材料力学性能材料力学性能 复合材料的力学性能复合材料的力学性能 材料材料力学性能力学性能 讲义讲义12/14/20212第1页/共60页12/14/20213第2页/共60页12/14/20214本章讨论的是作为结构材料使用的纤维复合材料，指以高性能的碳纤维、陶瓷纤维、芳纶（聚对苯二甲酰对苯二胺）纤维、晶须等为增强体，以金属、陶瓷、聚合物为基体的先进复合材料。第3页/共60页12/14/20215第4页/共60页12/14/20216第5页/共60页12/14/20217第6页/共60页12/14/20218(3) 抗疲劳性好n金属、陶瓷材料的疲劳破坏是没有明显预兆的突发性破坏，而纤维

2、复合材料中纤维和基体的界面能阻止裂纹扩展，所以纤维复合材料疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始，逐渐扩展到结合面上，破坏前没有明显预兆。第7页/共60页12/14/20219(4) 减振性能好n通过改变纤维、基体的种类和相对含量，纤维集合形式及排布方式等可满足复合材料结构和性能的设计要求。n复合材料的高比强度、高模量的特点，是由于这种材料受力时高强度、高模量的增强纤维承受了大部分载荷，基体只是作为传递和分散载荷给纤维的媒介引起的。(5) 可设计性强第8页/共60页12/14/202110第9页/共60页12/14/202111第10页/共60页12/14/202112n单向复合材料的强度和钢度都随

3、方向而改变，有五个特征强度：n（1）纵向抗拉强度、（2）纵向抗压强度、n（3）横向抗拉强度、（4）横向抗压强度、n（5）面内抗剪强度。n有四个特征弹性常数：n（1）纵向弹性模量、（2）横向弹性模量、n（3）主泊松比、（4）切变模量。第11页/共60页12/14/202113第12页/共60页12/14/202114第13页/共60页12/14/202115第14页/共60页12/14/202116第15页/共60页12/14/202117第16页/共60页12/14/202118第17页/共60页12/14/202119第18页/共60页12/14/202120n 是纤维全部分散、互不接触，独

4、立时的横向弹性模量，是横向弹性模量的最小值；n 是纤维全部接触、连通时的横向弹性模量，是横向弹性模量的最大值。第19页/共60页12/14/202121第20页/共60页12/14/202122根据纤维与基体轴向并联模型所得到的切变模量：第21页/共60页12/14/202123第22页/共60页12/14/202124第23页/共60页12/14/202125横向泊松比：当沿垂直于纤维方向弹性拉伸时，其纵向应变与横向应变之比：第24页/共60页12/14/202126n（一）纵向抗拉强度n玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、陶瓷纤维增强的热固性树脂基复合材料的变形特性只有I、IV阶段；n金属基和热塑性

5、树脂基复合材料，包含第II阶段；n脆性纤维增强复合材料，观察不到第III阶段，而韧性纤维复合材料有第III阶段。第25页/共60页12/14/202127第26页/共60页12/14/202128第27页/共60页12/14/202129第28页/共60页12/14/202130第29页/共60页12/14/202131第30页/共60页12/14/202132（二）纵向抗压强度第31页/共60页12/14/202133第32页/共60页12/14/202134第33页/共60页12/14/202135第34页/共60页12/14/202136第35页/共60页12/14/202137第36页

6、/共60页12/14/202138第37页/共60页12/14/202139第38页/共60页12/14/202140第39页/共60页12/14/202141第40页/共60页12/14/202142第41页/共60页12/14/202143第42页/共60页12/14/202144第43页/共60页12/14/202145第44页/共60页12/14/202146第45页/共60页12/14/202147n复合材料中，基体因强度低，所以在材料受载时先于纤维变形，到复合材料完全断裂时，纤维周围的基体也随之断裂。(2) 基体变形和开裂n若裂纹穿过基体扩展遇到纤维时，裂纹可能分叉，转向平行于纤维

7、方向扩展。裂纹可在基体内，也可沿界面扩展，取决于界面与基体的相对强度。如果界面结合较弱，就将使纤维与基体脱胶。(3) 纤维脱胶第46页/共60页12/14/202148n这是发生在层合板情况下的一种损伤。当裂纹穿过层合板的一个铺层扩展时，其尖端遇到相邻铺层的纤维，可能受到阻滞。n但因与裂纹尖端相邻的基体中切应力很高，裂纹可能分枝出来，开始在平行于铺层平面的界面上扩展，形成分层裂纹。(5) 分层裂纹第47页/共60页12/14/202149第48页/共60页12/14/202150第49页/共60页12/14/202151第50页/共60页12/14/202152第51页/共60页12/14/202153第52页/共60页12/14/202154第53页/共60页12/14/202155偶联剂：是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与 无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能。按偶联剂的化学结构及组成分为有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类和铝酸化合物四大类。 第54页/共60页