最新复合材料的力学性能幻灯片.ppt

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1、211.1 复合材料概论一、定义和分类1、定义由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。2、分类按基体分：金属基复合材料；无机非金属复合材料；聚合物复合材料。按增强体分：连续纤维复合材料；短纤维复合材料；颗粒复合材料；层合板复合材料。按用途分：结构复合材料；功能复合材料。9 3 3、切变模量、切变模量 （1）等应力模型，等应变模型（图11-7） （与拉伸时的模型的定义正相反） （2）模量的推导以扭距MC为基础。 27)-11( G)1(G 26)-11( VG VG 20)-11( GV GVG1 :IIC1ccmmffIICmmf1cf式式合合成成下下限限式式上上限限式式CG

2、cGII：I ：10 CLCTLT 4 4、泊松比、泊松比 纵向泊松比 （式11-28） 横向泊松比 （式11-34） CTCLLT 11三、强度 1、拉伸强度（1）曲线（图11-11）（2）拉伸变形的四个阶段（图11-9) a）纤维和基体都是弹性变形； b）纤维弹性变形，基体非弹性变形； c）纤维与基体均为非弹性变形 （仅韧性纤维存在第三阶段） d）纤维断裂，随之复合材料断裂。12（3）各阶段的强度I: CL=EffVf+Em(1-Vf) （式11-36） 纤维体积Vf，在一定范围内，Vf，CL，过多浸润不好，反而。II：CL()= f ()Vf+m()Vm m *基体应变等于纤维断裂应变时

3、的基体应力。 纤维增强作用，仅在复合材料的强度超过基体强度时才有效。 可以推导出临界纤维体积，Vfcr （式11-41） 当VfVfmin时 复合材料的抗拉强度CLu=mu(1-Vf) *fcrmfummuV 13 2 2、抗压强度、抗压强度 基体在纵向压缩中起重要作用。 基体给予纤维侧向支持，使纤维不屈曲。 拉压型和剪切型失稳模型中，纵向抗压强度分别为 式11-44和式11-45 “纤维的微弯曲和基体剪切失稳是复合材料纵向压缩的两个主要破坏机理”。 返回返回1411.3 短纤维复合材料的力学性能 该材料的应用广泛。 力学性能比连续纤维的更为复杂。纤维末端的应力传递作用不能忽略一、基体与纤维间

4、的应力传递 拉伸状态 纤维的临界长度Lcr（中部的拉伸应力最大） 平均应力约为最大应力的95%。15二、弹性模量 弹性模量计算公式(式11-61）（式11-62）（式11-63）三、强度 按混合定律计算。 用纤维的平均应力代替（11-39）中的纤维抗拉强度。 返回返回1611.4 复合材料的断裂、冲击和疲劳一、断裂 1、损伤累积机理 裂纹萌生：缺陷处 扩展： 2、非累积损伤机理 接力破坏 脆性粘接断裂机理 最薄弱环节破坏机理 3、复合材料的破坏形式 纤维断裂 基体变形和开裂 纤维脱胶 纤维拨出 分层裂纹17二、冲击性能 1、冲击性能特点 ，冲击性能 高模量碳纤维复合材料，对变化不敏感。 高弹性模量比低弹性模量的冲击韧性差。 冲击断裂是各类损伤的累积或非累积破坏。 2、影响冲击性能的因素 自身属性，力学性能。 纤维方向；铺层结构。 界面的聚合强度。18三、疲劳性能 1、疲劳性能特点 疲劳性能好。复杂的疲劳破坏行为。损伤可被牵制。 2、影响因素 组分材料的性能（基体，增强纤维影响）； 增强纤维的体积分数（纤维含量）； 界面性质（包括缺口的影响）； 载荷形式； 环境条件。