复合材料力学课件

复合材料力学欢迎来到复合材料力学课程。本课程将深入探讨复合材料的结构、性能和应用。我们将从基础概念开始，逐步深入到高级分析方法。by课程简介1基础知识复合材料的定义、组成和微观结构2力学分析强度理论、应力分析和刚度分析3高级主题层压理论、稳定性分析和损伤模型4实际应用设计、加工、测试和修复技术复合材料的定义和特点定义复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法复合而成的新型材料。特点高强度轻质耐腐蚀可设计性强复合材料的基本成分纤维提供强度和刚度，如玻璃纤维、碳纤维。基体保护纤维并传递载荷，如环氧树脂。界面纤维和基体之间的结合区域，影响性能。复合材料的微观结构纤维取向纤维可以是单向、正交或随机分布，影响材料的各向异性。纤维长度可分为连续纤维和短纤维，影响力的传递效率。纤维体积分数纤维在复合材料中的占比，通常在30%-70%之间。孔隙率复合材料中的气泡或空隙，影响材料性能。复合材料的制造工艺1手糊成型适用于小批量生产，成本低但质量不稳定。2模压成型适用于大批量生产，可得到高质量部件。3缠绕成型适用于管状或圆柱形部件，如压力容器。4树脂传递模塑可制造复杂形状，适合中等批量生产。复合材料的强度理论1宏观力学方法2细观力学方法3微观力学方法4多尺度分析方法强度理论从宏观到微观，逐步深入研究复合材料的力学行为。多尺度分析方法综合考虑各个尺度的影响。复合材料的应力分析确定材料参数弹性模量、泊松比等建立应力-应变关系考虑材料的各向异性应用边界条件考虑实际载荷情况求解应力分布使用数值或解析方法复合材料的刚度分析1弹性常数测定2刚度矩阵计算3变形分析4结构响应预测刚度分析是预测复合材料结构在载荷作用下变形行为的关键步骤。准确的刚度分析可以优化设计，提高结构效率。复合材料的振动分析分析方法模态分析频率响应分析瞬态响应分析影响因素纤维取向层合顺序边界条件层压理论的基本假设平面应力状态忽略厚度方向的应力小变形假设变形足够小，可使用线性理论完全粘结层间无滑移，变形连续线性弹性材料遵循胡克定律层合板的应力分析确定单层属性每层的弹性常数和强度参数建立层合板刚度矩阵考虑各层的取向和厚度计算中面应变和曲率基于外部载荷和刚度矩阵计算各层应力使用应变和单层刚度矩阵层合板的应变分析平面应变假设假设变形后截面仍保持平面应变-位移关系建立应变与中面位移和曲率的关系层间应变连续性相邻层之间的应变必须连续残余应变考虑考虑制造过程中产生的热应变和湿应变层合板的强度分析拉伸强度考虑纤维方向和横向拉伸压缩强度考虑纤维屈曲和基体压缩剪切强度考虑层间剪切和面内剪切层合板的刚度分析1单层刚度计算基于纤维和基体的属性2坐标变换将单层刚度转换到全局坐标系3层合板刚度矩阵综合考虑所有层的贡献4刚度系数分析评估不同参数对刚度的影响肋骨增强复合材料梁的分析分析方法等效刚度法能量法有限元分析关键考虑因素肋骨几何形状肋骨与面板的连接局部屈曲效应夹层复合材料板的分析1经典层合板理论2高阶剪切变形理论3三维弹性理论4数值分析方法夹层复合材料板分析需要考虑芯材的剪切变形。高阶理论和数值方法可以更准确地预测板的行为。蜂窝夹层复合材料板的分析等效属性计算将蜂窝结构等效为均质材料面板分析考虑面板的层合效应芯材剪切变形分析蜂窝芯材的剪切刚度局部屈曲分析研究蜂窝单元的稳定性复合材料板的稳定性分析确定临界载荷计算屈曲载荷分析屈曲模态确定变形形状后屈曲行为研究超过临界点的响应实际设计考虑引入安全系数复合材料板的振动分析自然频率计算板的固有频率振型分析确定板的振动模态动态响应分析在外力作用下的振动复合材料孔洞的应力分析应力集中孔洞周围应力显著增加，可能导致材料失效。分析方法包括解析解和数值模拟。影响因素孔洞形状和大小纤维取向层合顺序复合材料接头的应力分析1确定接头类型机械连接、胶接或混合连接2建立力学模型考虑载荷传递路径3应力分布计算使用有限元或解析方法4强度评估比较应力与材料强度复合材料的损伤模型1微裂纹形成2界面脱粘3纤维断裂4分层损伤模型描述了复合材料从微观损伤到宏观失效的过程。准确的损伤模型对于预测材料寿命和优化设计至关重要。复合材料的失效准则最大应力准则简单但忽略应力相互作用最大应变准则考虑材料的各向异性Tsai-Wu准则考虑应力相互作用，广泛应用Hashin准则区分纤维和基体失效模式复合材料的疲劳分析1S-N曲线建立确定应力水平与循环次数关系2损伤累积模型如Miner线性累积理论3残余强度分析评估疲劳后的承载能力4寿命预测基于载荷谱和材料特性复合材料的断裂力学断裂模式I型：张开型II型：滑移型III型：撕裂型分析方法应力强度因子法能量释放率法J积分法复合材料的整体设计1需求分析2材料选择3结构设计4性能优化5制造工艺规划复合材料的整体设计需要综合考虑多个因素，从需求分析到制造工艺，每个环节都至关重要。性能优化是设计过程中的核心步骤。复合材料的修复技术贴补修复适用于表面损伤斜接修复适用于穿透性损伤树脂注射修复微小裂纹复合材料的加工技术切割水刀、激光切割钻孔特殊钻