第3章复合材料力学性能的复合规律(全)

1、第三章复合材料机械性质的复合规律，邮箱：fuheceliao 2012 密码：20122012，课件和工作下载：1，复合材料的复合效果2，复合材料的结构和复合效果3，模型和特性的一般规则，对：进行简要回顾，3 了解基本要求：复合材料物理和化学特性的复合规则超细晶对复合材料机械性能的影响重点：连续纤维增强复合材料的机械复合短纤维增强复合材料的机械性能复合材料机械性能复合材料的机械性能复合材料的机械性能其他问题：纤维增强复合材料的机械复合材料，复合材料物理和化学性能的复合规律，研究水平：第三章复合材料机械性能的复合规律， 从宏观角度对材料的实际物理化学等特性进行测试研究微视图根据材料的微观结构和构

2、成结构的各个组成部分之间的相互作用预测材料的“平均特性”，模型和方法：meso-mechanics结构模型的理想情况：强化主体均匀、微弹性、各向同性、间隙相、排列等； 矩阵均匀、微弹性、各向同性等。材料力学方法和弹性理论宏观模型材料有多种缺陷，如气孔、脱粘和残余应力，第三章复合材料机械性能的复合规律主要用于确定材料的组成部分、结构的纤维增强、颗粒增强复合材料的弹性系数和强度等机械特性的视景力学角度。，基本参数意义：单向纤维复合材料的主要弹性常数为：材料的主要强度值为：垂直弹性系数、侧弹性系数-主-面内剪切系数、垂直强度(拉伸、压力)、-侧强度(拉伸、压缩)、-剪切强度、3.1连续纤维增强复合材

3、料的机械复合材料、第三章复合材料机械性质的复合定律、3.1.1，定义：合法匹配，(1.4)，(1.5)，(1.6)，第三章复合材料机械性质的复合定律，3.1.1单向板的机械性质1，纵向弹性系数E1，复合材料横向收缩产生的附加应力不考虑材料纵向系数的影响。这些影响基本上小于1%到2%，第三章复合材料机械性能的复合规律，第3.1.1单向板的机械性能2，侧弹性系数E2，结构简化模型，结果变形：(2.1)，载荷纵向弹性系数E2，第三章复合材料机械性质的复合定律，3.1.1单向板的机械性质2，弹性系数E1，E2，高效能纤维复合材料，因为EfEm， w为样本宽度，复合材料、矩阵和增强材料的剪切应力相等：第

4、三章复合材料机械性质的复合定律，E1，1.2材料力学方法的修正预测，在讨论材料力学中复合材料弹性性质时，不考虑复合材料横向收缩产生的附加应力对材料纵向系数的影响，Ekavall修正：E1m=0.3小时校正不大。其中m是矩阵的泊松比。与实验结果更符合，三章复合材料力学性能的复合规律，采用3.1.3材料力学方法分析单向板的强度特性，侧面拉伸、剪切刚度和强度远小于纵向长度，因此很少应用单向复合材料。前者取决于矩阵，后者取决于纤维的性质。第一，单向板的纵向拉伸强度，符号及其意义：材料断裂前单向板的应力纤维断裂前纤维接收的应力矩阵破坏前矩阵接收的应力单向板的平行轴纤维的拉伸破坏应力与纤维轴的拉伸破坏应力

5、平行。矩阵轴上的拉伸断裂应力破坏断裂应力矩阵时纤维受到的拉伸应力纤维破坏时纤维受到的拉伸应力。第三章复合材料力学性能的复合规律、单向板的强度特性分析3.1.3材料力学方法、1、均匀强度纤维单向板的纵向拉伸强度、复合材料、纤维和基体的变形、强度和系数满足以下关系：复合材料在外力作用下的强度主要是材料的变形情况和矩阵第三章复合材料力学性能的复合规律，用3.1.3材料力学方法分析单向板的强度特性，1、均匀强度的纤维单向板的纵向拉伸强度，(1)纤维断裂前发生基体断裂，此时所有载荷都以纤维传递。材料的最终状态是：材料中纤维的体积含量a) Vf低，纤维承受不了负载，破坏了，复合材料强度b) Vf高，纤维受

6、负载不损伤，此时复合材料的强度，临界体积分数，第三章复合材料机械性质的复合规律，3.1.3材料力学方法对单向板的强度特性进行了分析，材料的最终状态取决于材料中纤维的体积含量a) Vf高度，基体无法承受载荷而破坏，复合材料强度b) Vf低，基体负载而不破坏，复合材料强度为：临界体积分数，第三章复合材料机械性能的复合规律，3.1.3材料力学方法的单向板断裂张力R2=2r leLC=fur/2，第三章复合材料力学性能的复合规律，3.1.3材料力学分析单向板的强度特性，3，单向板的横向拉伸强度，特性：无法直接计算，横向强度小于基本强度，纤维负强化界面效应弱时，材料的横向拉伸强度由矩阵决定。此时，材质的

7、强度可以简单地计算为：2u=mu 1-2(Vf/)1/2根据变形放大理论，提高Vf增量、2u强度的方法：弹性粒子变形强化过渡层，强化矩阵界面消除应力集中效应，第三章复合力学性能，3.1.3材料力学方法第三章复合材料力学性能的复合规律，用3.1.3材料力学方法分析单向板的强度特性，5、单向板的侧压缩强度2u为作用力和纤维的方向6，单向板的部分轴向拉伸强度大部分复合材料1u 2=cos 4/1 U2(1/U2-) u=0.5 usin 2 ，第三章复合材料机械性质的复合规则，3.1.4单向板断裂韧性的一般概念，1，断裂面能量()，材料的断裂韧性或抗裂性的测定。第一章复合R1 VfRf+VmRm，第

8、三章复合材料力学性能的复合定律，3.1.4单向板断裂韧性的一般概念(单位：千焦/米2 B r=2 断裂电阻)，2，断裂力学裂纹扩展的能量条件：能量释放效率Gs 断裂表面能量R临界条件330 第三章复合力学性能复合规则，3.2面内随机分布的纤维单层板的弹性特性，系数预测：取向板方向变化的弹性系数，值为： 其中，第三章复合材料机械性质的复合规律，3.2面内随机分布的纤维单层板的弹性特性，Akasaka简化：纤维体积含量Vf的影响通过对E1，E2的依赖性反映，第三章复合材料机械性质的复合规则，3.3段纤维增强复合材料的机械复合关系，短纤维增强复合材料：增强材料(或3.2面内任意分布纤维单层板的弹性特

9、性，1面内任意分布纤维单层板的弹性特性，1面定义纤维长度，3.2.1段纤维复合材料的纤维长度分布，纤维数平均长度：纤维平均长度：第三章复合材料机械性能的复合规则，纤维单层板弹性特性的3.2面随机分布，第三章复合材料机械性能的复合规则，以及，定义方法为2，1，纤维的方向分布，方位角，定义方向，纤维截面形状和方位角定义，第三章复合材料机械性能的复合规则，2，流动过程中复合系统的纤维方向，速度分布，高粘度层，流动头的流动，流动壁，流动3.2面内任意分布纤维单层板的弹性特性，3.2.3纤维端的应力分布，理论和实验研究结果：纤维端效应明显，不可忽视，影响强化效果，破坏效果。，Cox使用剪切延迟分析，在纤

10、维方向、x位置的拉伸压力：剪切应力：x=0，FX=0；X=l/2，=0随着x沿纤维方向的增加，拉伸压力增大，剪切应力减小，第三章复合材料力学性能的复合规则，3.2.4单向短纤维复合材料的机械复合材料，1，短纤维复合材料的弹性特性，单向短纤维复合材料的纵向弹性特性，诗，短短纤维复合材料的弹性特性，第三章复合材料机械性能的复合规则，3.2.4单向短纤维复合材料的机械复合材料，2，短纤维复合材料的强度特性，第三章复合材料机械性能的复合规则，l LC，纤维的平均应力为： 复合材料的最大应力为：纤维受拉应力影响时受拉屈曲断裂应力，3.2.4单向短纤维复合材料的机械复合材料，3章复合材料机械性能的复合规则

11、，2章短、短、短、短、3.2.4单向短纤维复合材料的机械复合材料，第3章Guth:颗粒大，材料刚性大的颗粒复合材料的Kerner:复合材料的颗粒刚度大于基体刚度时，无机填料-聚合物系统Nielsen:颗粒的聚集状态(不包括颗粒的形状)，颗粒和基体的系数特性等都对材料的特性有重要影响，3.3.1颗粒复合材料的弹性特性，3.3颗粒复合材料的机械性能，3章复合材料的机械性能，3章复合材料的机械性能Pawder-Beecher设想了两种连接临界纵横比的估计，第二章，粒子表面的活性复合体系，3.3粒子复合材料的力学性能，第三章复合材料的力学性能，3.3.3粒子复合材料的伸长率，Nielesn设想了粒子和聚合物基体之间完全结合和不结合的两种模型，每种类型的延伸率 =u/E非耦合系统m(1-VF 1/3)左图显示了粘性非粘滞性，3.3粒子复合材料的机械性能，3.3.4超细粒子对复合材料机械性能的影响，超细粒子的体积和表面积对普通粒子的影响效果：非常强的表面活性；粒子容易聚集，不容易在聚合物矩阵中分布。，3.4复合机械复合材料的其他问题，第三章复合材料的机械性质，1，冲击性质，2，撕裂强度，3，蠕变性质，4，疲劳性质，5，硬度，6，摩擦系数，测试方法：悬臂，简单相反，摩擦系数小，3.5复合材料