复合材料力学性能电子版本.ppt

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1、复合材料力学性能2.1 高分子材料的力学高分子材料的力学状态状态 物质的物理状态物质的物理状态 相相 态态凝胶态凝胶态热力学概念热力学概念动力学概念动力学概念凝胶态凝胶态 根据物质根据物质对对外场外场（外部作用）特别是外力场（外部作用）特别是外力场 的响应特性的响应特性划分。划分。按物质按物质力学性能力学性能随随温度温度变化的特性划分。变化的特性划分。力学状态力学状态玻璃态玻璃态T40%晶区互相衔接，晶区互相衔接，贯穿成连续相贯穿成连续相。观察不到明显的。观察不到明显的 非晶区玻璃化转变现象。非晶区玻璃化转变现象。2.1 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态 图图2.2 高结晶度聚合物的热

2、机械曲线高结晶度聚合物的热机械曲线 不呈现高弹态不呈现高弹态呈现高弹态呈现高弹态 结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于聚合物的摩聚合物的摩尔平均质量尔平均质量。问题：问题：交联、网状聚合物是否有粘流态？交联、网状聚合物是否有粘流态？Cross-linked 交联交联 Network（3D）网状网状答案：答案：不出现粘流态。不出现粘流态。2.1 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态 玻璃化转变玻璃化转变现象及现象及Tg的重要性的重要性 2.1 高分子材料的力学状态高分子材料的力学状态 玻璃化转变是高聚物的一种玻璃化转变是高聚物的一种普遍现象普遍现象。发生玻璃化

3、转变时，许多物理性能发生急剧变化，可完全发生玻璃化转变时，许多物理性能发生急剧变化，可完全 改变材料的使用性能改变材料的使用性能：TTg 时高聚物处于高弹态（弹性体）时高聚物处于高弹态（弹性体）T m（脆（脆-脆复合脆复合材料）材料）当当Vf较低时，较低时，单层板强度单层板强度1 主主要依赖于要依赖于m，在纤维断裂前先在纤维断裂前先发生基体断裂，所有载荷转移发生基体断裂，所有载荷转移到纤维上而最终使纤维破坏，到纤维上而最终使纤维破坏，则则 1=fVf+m(1-Vf)f、m：基体破坏时纤维承受的拉伸应力和纤维破坏基体破坏时纤维承受的拉伸应力和纤维破坏时基体所承受的应力。时基体所承受的应力。断裂前

4、断裂前f f m m时，先时，先发生基体断裂发生基体断裂当当Vf较大时较大时，因，因EfEm，基体只承受小部基体只承受小部分载荷，载荷增加至纤维断裂，分载荷，载荷增加至纤维断裂，则：则：1=f Vf 可求出可求出V Vf f（2）当）当f m时，脆时，脆-韧复合材料，纤维将首先破韧复合材料，纤维将首先破坏。坏。当当Vf较小时较小时，纤维断裂而转移载荷很小，复合材，纤维断裂而转移载荷很小，复合材料的强度为：料的强度为：1=m(1-Vf)当当Vf较高时较高时，纤维断裂而转移到基体上载荷很大，纤维断裂而转移到基体上载荷很大，此时，基体随之断裂，复合材料的强度为：此时，基体随之断裂，复合材料的强度为：1=f Vf+m(1-Vf)可求得交叉点可求得交叉点Vf：表示对应于表示对应于f m时两种破坏时两种破坏形式变化时的纤维体积含量。形式变化时的纤维体积含量。Vmin：纤维起增强效果的体积分数：纤维起增强效果的体积分数1 随随Vf变变化如图所化如图所示示作业：作业：o请推导复合材料单向板受轴向载荷时，纤维承请推导复合材料单向板受轴向载荷时，纤维承受的载荷占总载荷的比例公式，并计算受的载荷占总载荷的比例公式，并计算Vf=0.5的单向板，当的单向板，当Ef/Em分别为分别为0.1、1、10、50时，纤维承担的载荷所占的比例分别时，纤维承担的载荷所占的比例分别为多少？为多少？