聚合物成型機(jī)械課件

1、安徽理工大學(xué)安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 授課方式：上課授課方式：上課+自學(xué)自學(xué) 學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：50 學(xué)分：學(xué)分：3 考試方式：筆試考試方式：筆試 成績(jī)：成績(jī)： 筆試筆試70%+平時(shí)平時(shí)30%（出勤率（出勤率+課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)+作業(yè)）作業(yè)） 2 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 沈觀林：復(fù)合材料力學(xué)沈觀林：復(fù)合材料力學(xué) 趙美英：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)趙美英：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 張錦：新型復(fù)合材料力學(xué)機(jī)理及應(yīng)用張錦：新型復(fù)合材料力學(xué)機(jī)理及應(yīng)用 李順林：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)李順林：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 王震鳴：復(fù)合材料力學(xué)與

2、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)王震鳴：復(fù)合材料力學(xué)與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué) R. M. 瓊斯：復(fù)合材料力學(xué)（中、英文）瓊斯：復(fù)合材料力學(xué)（中、英文） Stephen W. Tasi：復(fù)合材料設(shè)計(jì)：復(fù)合材料設(shè)計(jì) 3 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料學(xué)復(fù)合材料學(xué) 力學(xué)力學(xué) 力學(xué)又稱(chēng)經(jīng)典力學(xué)，是研究通常 尺寸的物體在受力下的形變，以 及速度遠(yuǎn)低于光速的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的 一門(mén)自然科學(xué)。力學(xué)是物理學(xué)、 天文學(xué)和許多工程學(xué)的基礎(chǔ)，機(jī) 械、建筑、航天器和船艦等的合 理設(shè)計(jì)都必須以經(jīng)典力學(xué)為基本 依據(jù)。 4 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料學(xué)復(fù)合材料學(xué) 力學(xué)力學(xué) 復(fù)合材料學(xué)全面地介紹了復(fù)合材 料的種類(lèi)、性能

3、、制法及應(yīng)用，并 較全面、詳細(xì)地介紹了用于制備復(fù) 合材料的整個(gè)材料領(lǐng)域的各種材料 的性能、形態(tài)、制備與應(yīng)用等，便 于科技工作者制造新性能的復(fù)合材 料，從而豐富其材料及材料學(xué)知識(shí)。 5 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料學(xué)復(fù)合材料學(xué) 力學(xué)力學(xué) 理論力學(xué)理論力學(xué) 材料力學(xué)材料力學(xué) 彈性力學(xué)彈性力學(xué) 6 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 復(fù)合材料學(xué)復(fù)合材料學(xué) 力學(xué)力學(xué) 理論力學(xué)理論力學(xué) 材料力學(xué)材料力學(xué) 彈性力學(xué)彈性力學(xué) 復(fù)合材料力學(xué)復(fù)合材料力學(xué) 復(fù)合材料動(dòng)力學(xué)復(fù)合材料動(dòng)力學(xué) 非線性復(fù)合材料力學(xué)非線性復(fù)合材料力學(xué) 柔性復(fù)合材料力學(xué)柔性復(fù)合材料

4、力學(xué) 編織復(fù)合材料力學(xué)編織復(fù)合材料力學(xué) 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué) 7 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)新興分支，它研 究由兩種或多種不同性能的材料，在宏觀尺度上組 成的多相固體材料，即復(fù)合材料的力學(xué)問(wèn)題。復(fù)合 材料具有明顯的非均勻性和各向異性性質(zhì)，這是復(fù) 合材料力學(xué)的重要特點(diǎn)。 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括復(fù)合材料單層的剛度和強(qiáng) 度、復(fù)合材料層合板的剛度和強(qiáng)度、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 分析、復(fù)合材料連接、復(fù)合材料設(shè)計(jì)的一般方法和分析、復(fù)合材料連接、復(fù)合材料設(shè)計(jì)的一般方法和 典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。典型產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 8 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 緒論緒論 各向

5、異性體彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)各向異性體彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 單層板的剛度與強(qiáng)度單層板的剛度與強(qiáng)度 層合板的剛度與強(qiáng)度層合板的剛度與強(qiáng)度 復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué)復(fù)合材料的細(xì)觀力學(xué) 復(fù)合材料的濕熱效應(yīng)復(fù)合材料的濕熱效應(yīng) 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分析 復(fù)合材料連接復(fù)合材料連接 習(xí)題課習(xí)題課 9 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料發(fā)展歷史 復(fù)合材料定義 復(fù)合材料特點(diǎn) 復(fù)合材料制備 復(fù)合材料分類(lèi) 復(fù)合材料的各種應(yīng)用 10 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料的發(fā)展，經(jīng)歷了復(fù)合材料的發(fā)展，經(jīng)歷了古代、近代和現(xiàn)代古代、近代和現(xiàn)代三個(gè)階段三個(gè)階段 自古以來(lái)

6、，人們就會(huì)使用天然的復(fù)合材料自古以來(lái)，人們就會(huì)使用天然的復(fù)合材料木材、木材、 竹、骨骼竹、骨骼等。最原始的人造復(fù)合材料是在粘土泥漿中等。最原始的人造復(fù)合材料是在粘土泥漿中 摻稻草，制成摻稻草，制成土磚土磚；在灰泥中摻馬鬃或在熟石膏里加；在灰泥中摻馬鬃或在熟石膏里加 紙漿，可制成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。紙漿，可制成纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。 近代復(fù)合材料最早的有近代復(fù)合材料最早的有玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂（如酚醛（如酚醛 樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等）樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等）玻璃鋼。玻璃鋼。 原子能、航空、航天、電子、化工等的發(fā)展，對(duì)材原子能、航空、航天、電子、化工等的發(fā)展，對(duì)材 料的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高韌性、耐高溫、

7、耐磨、耐料的輕質(zhì)、高強(qiáng)、高模、高韌性、耐高溫、耐磨、耐 腐蝕、電性能等提出了更高要求，使現(xiàn)代腐蝕、電性能等提出了更高要求，使現(xiàn)代先進(jìn)復(fù)合材先進(jìn)復(fù)合材 料料蓬勃發(fā)展起來(lái)蓬勃發(fā)展起來(lái)高性能纖維高性能纖維和其他各種形式的復(fù)和其他各種形式的復(fù) 合材料合材料 11 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料復(fù)合材料是指由兩種以上材料組合而成的、物理和化學(xué)性是指由兩種以上材料組合而成的、物理和化學(xué)性 質(zhì)與原材料不同、但又保持某些有效功能的新材料。復(fù)合質(zhì)與原材料不同、但又保持某些有效功能的新材料。復(fù)合 材料中，一種材料作為基體，其他材料作為增強(qiáng)劑材料中，一種材料作為基體，其他材料作為增強(qiáng)劑 兩種以上材料

8、兩種以上材料 宏觀尺度上的組合宏觀尺度上的組合 微觀尺度上的組合（合金）微觀尺度上的組合（合金） 具有各組分最好的性能，是個(gè)組分所沒(méi)有具有各組分最好的性能，是個(gè)組分所沒(méi)有的 復(fù)合材料是材料家族中最年輕、最活躍的新成員。所謂復(fù)合材料是材料家族中最年輕、最活躍的新成員。所謂 “復(fù)合復(fù)合”，是在金屬材料、有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)非，是在金屬材料、有機(jī)高分子材料和無(wú)機(jī)非 金屬材料自身或相互間進(jìn)行，從而獲得單一材料無(wú)法金屬材料自身或相互間進(jìn)行，從而獲得單一材料無(wú)法 比擬的、具有綜合優(yōu)異性能的新型材料比擬的、具有綜合優(yōu)異性能的新型材料 12 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 三大材料：三大材料： 金屬金屬

9、 無(wú)機(jī)非金屬無(wú)機(jī)非金屬 有機(jī)高分子有機(jī)高分子 復(fù)合材料復(fù)合材料 取長(zhǎng)補(bǔ)短取長(zhǎng)補(bǔ)短 協(xié)同作用協(xié)同作用 產(chǎn)生原來(lái)單一材料沒(méi)有本身所沒(méi)有的新性能產(chǎn)生原來(lái)單一材料沒(méi)有本身所沒(méi)有的新性能 無(wú)機(jī) 非金屬 材料 有機(jī) 高分子 材料 金屬 材料 復(fù)合 材 料 13 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料系統(tǒng)組合復(fù)合材料系統(tǒng)組合 分散相分散相 連續(xù)相連續(xù)相 金屬材料金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 金金 屬屬 材材 料料 金屬纖維纖維/金屬基復(fù)合材料鋼絲/水泥復(fù)合材料增強(qiáng)橡膠 金屬晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶瓷基復(fù)合材料 金屬片材金屬/塑料板 無(wú)無(wú) 機(jī)機(jī) 非非 金金

10、屬屬 材材 料料 陶 瓷 纖維纖維/金屬基復(fù)合材料纖維/陶瓷基復(fù)合材料 晶須晶須/金屬基復(fù)合材料晶須/陶瓷基復(fù)合材料 顆粒彌散強(qiáng)化合金材料粒子填充塑料 玻 璃 纖維纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 顆粒 碳 纖維碳纖維/金屬基復(fù)合材料碳纖維/陶瓷基復(fù)合材料碳纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 炭黑顆粒/橡膠；顆粒/樹(shù)脂基 有機(jī)有機(jī) 高分高分 子材子材 料料 有機(jī)纖維纖維/樹(shù)脂基復(fù)合材料 塑料金屬/塑料 橡膠 14 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料的特點(diǎn)：復(fù)合材料的特點(diǎn)： 15 1） 復(fù)合材料是由復(fù)合材料是由兩種或兩種兩種或兩種以上不同性能的以上不同性能的 材料組元通過(guò)宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新材料組元通過(guò)

11、宏觀或微觀復(fù)合形成的一種新 型材料，組元之間存在著明顯的型材料，組元之間存在著明顯的界面界面； 2） 復(fù)合材料中各組元不但復(fù)合材料中各組元不但保持各自的固有特保持各自的固有特 性性，而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特，而且可最大限度發(fā)揮各種材料組元的特 性，并賦予性，并賦予單一材料組元所不具備的優(yōu)良特單一材料組元所不具備的優(yōu)良特 殊性能殊性能； 3）復(fù)合材料具有復(fù)合材料具有可設(shè)計(jì)性可設(shè)計(jì)性。可以根據(jù)使用條。可以根據(jù)使用條 件要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，以滿(mǎn)足各種特殊用件要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，以滿(mǎn)足各種特殊用 途，從而極大地提高工程結(jié)構(gòu)的效能。途，從而極大地提高工程結(jié)構(gòu)的效能。 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料

12、與工程專(zhuān)業(yè) 傳統(tǒng)意義上的復(fù)合材料的制造，目前使用最廣、傳統(tǒng)意義上的復(fù)合材料的制造，目前使用最廣、 效果最好的是效果最好的是纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)： 采用熔鑄、浸漬、層壓等方法，把玻璃纖維、采用熔鑄、浸漬、層壓等方法，把玻璃纖維、 有機(jī)纖維、碳纖維及其織物嵌入樹(shù)脂基體中；有機(jī)纖維、碳纖維及其織物嵌入樹(shù)脂基體中； 采用熔鑄、軋壓等方法把硼纖維、高強(qiáng)度鋼絲、采用熔鑄、軋壓等方法把硼纖維、高強(qiáng)度鋼絲、 晶須等嵌入鋁、鎂、鈦合金中晶須等嵌入鋁、鎂、鈦合金中 這樣形成了纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬和纖這樣形成了纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬和纖 維增強(qiáng)陶瓷。維增強(qiáng)陶瓷。 除了纖維增強(qiáng)以外，還廣泛使用已有工藝制造除了纖

13、維增強(qiáng)以外，還廣泛使用已有工藝制造 復(fù)合材料，如噴涂、離子注入、層疊及骨架復(fù)合等。復(fù)合材料，如噴涂、離子注入、層疊及骨架復(fù)合等。 16 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料包括三要素：復(fù)合材料包括三要素：基體材料、增強(qiáng)劑及復(fù)基體材料、增強(qiáng)劑及復(fù) 合方式合方式（界面結(jié)合形式）（界面結(jié)合形式） 按增強(qiáng)劑形狀不同，可分為顆粒、連續(xù)纖維、短纖維、按增強(qiáng)劑形狀不同，可分為顆粒、連續(xù)纖維、短纖維、 彌散晶須、層狀、骨架或網(wǎng)狀、編織體增強(qiáng)復(fù)合材料彌散晶須、層狀、骨架或網(wǎng)狀、編織體增強(qiáng)復(fù)合材料 等等 按使用功能不同，可分為按使用功能不同，可分為結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和復(fù)合材料和功能功能復(fù)合材料復(fù)合材料 等

14、等 按照基體材料的不同，復(fù)合材料包括按照基體材料的不同，復(fù)合材料包括聚合物基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料、 金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等等 熱固性、熱塑性熱固性、熱塑性 碳碳復(fù)合材料碳碳復(fù)合材料 小知識(shí)小知識(shí) RMC: Resin Matrix Composites MMC: Metal Matrix Composites CMC: Ceramic Matrix Composites 17 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維 玻璃纖維、碳纖維、聚芳酰胺纖維（玻璃纖維、碳纖維、聚芳酰胺纖維（Kevlar、 Apmoc)、硼纖維、碳化硅纖維、硼纖

15、維、碳化硅纖維 樹(shù)脂基體樹(shù)脂基體 熱固性聚合物熱固性聚合物 聚酯、環(huán)氧、酚醛、聚酰亞胺聚酯、環(huán)氧、酚醛、聚酰亞胺 熱塑性聚合物熱塑性聚合物 尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯 18 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 在在RMCRMC中，增強(qiáng)材料是決定復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、中，增強(qiáng)材料是決定復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、 模量、延伸率的關(guān)鍵組分，增強(qiáng)纖維的種類(lèi)、機(jī)模量、延伸率的關(guān)鍵組分，增強(qiáng)纖維的種類(lèi)、機(jī) 械性能核物理特征，在即體重的體積含量及纖維械性能核物理特征，在即體重的體積含量及纖維 的取向決定了復(fù)合材料的性質(zhì)的取向決定了復(fù)合材料的性質(zhì) 樹(shù)脂基體則是粘接并包容纖維，使纖維免受摩擦損樹(shù)脂基

16、體則是粘接并包容纖維，使纖維免受摩擦損 傷，均衡和傳遞構(gòu)件所承受的載荷的主要組分，傷，均衡和傳遞構(gòu)件所承受的載荷的主要組分， 樹(shù)脂基體的種類(lèi)、物理特性和化學(xué)特性決定了復(fù)樹(shù)脂基體的種類(lèi)、物理特性和化學(xué)特性決定了復(fù) 合材料的剪切強(qiáng)度、橫向拉伸強(qiáng)度（非纖維方合材料的剪切強(qiáng)度、橫向拉伸強(qiáng)度（非纖維方 向）、壓縮強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕等性質(zhì)）向）、壓縮強(qiáng)度、耐化學(xué)腐蝕等性質(zhì)） 19 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 疲勞壽命疲勞壽命 與溫度有關(guān)的性能與溫度有關(guān)的性能 絕熱性絕熱性 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 隔音性隔音性 強(qiáng)度強(qiáng)度 剛度剛度 耐腐蝕性耐腐蝕性 耐磨性耐磨性 重量重量 復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、材料

17、輕、 耐腐蝕、抗疲勞性能、減振性能和高溫性能好意即 可設(shè)計(jì)等特點(diǎn) 20 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料的各種應(yīng)用復(fù)合材料的各種應(yīng)用 航空航天工程中 船舶工程 建筑工程 兵器工業(yè) 化學(xué)工程 電器設(shè)備 機(jī)械工程 體育器材 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 21 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) B707 B737 B747 B757 B767B777 B787 B727 B717 A350 B747-8 產(chǎn)品發(fā)展方向產(chǎn)品發(fā)展方向 全譜化全譜化 系列化系列化 A380 飛機(jī)發(fā)展與復(fù)合材料應(yīng)用飛機(jī)發(fā)展與復(fù)合材料應(yīng)用 22 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) Boeing 787 結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成

18、 復(fù)合材料層合板復(fù)合材料層合板 復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu) 玻璃鋼復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料 鋁合金鋁合金 鈦合金鈦合金 結(jié)構(gòu)的主要材料構(gòu)成結(jié)構(gòu)的主要材料構(gòu)成 23 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) B-777復(fù)合材料使用情況復(fù)合材料使用情況 24 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 纖維鋪放纖維鋪放 A380 后機(jī)身后機(jī)身 大型復(fù)雜形狀復(fù)合材料構(gòu)件大型復(fù)雜形狀復(fù)合材料構(gòu)件 優(yōu)化后的復(fù)合材料鋪層優(yōu)化后的復(fù)合材料鋪層 在在A380上的首次上的首次 使用使用 纖維鋪放機(jī)纖維鋪放機(jī) 25 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) A-380復(fù)合材料使用情況復(fù)合材料使用情況 26 復(fù)合材料與工程專(zhuān)

19、業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 27 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑工藝樹(shù)脂轉(zhuǎn)移模塑工藝 A380 后機(jī)后框后機(jī)后框 A380 副翼梁副翼梁 A380 連接件連接件 28 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) A380 中央翼盒中央翼盒 29 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 液體樹(shù)脂滲透技術(shù)的應(yīng)用液體樹(shù)脂滲透技術(shù)的應(yīng)用 鋪覆編織帶鋪覆編織帶 客艙后客艙后密封加筋密封加筋球形球形隔墻隔墻 A380客艙后客艙后密封加筋密封加筋球形球形隔墻隔墻 30 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)用量達(dá)高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)用量達(dá)62% 空客第一架全復(fù)合材料機(jī)翼飛機(jī)空客第一架全復(fù)合材料

20、機(jī)翼飛機(jī) 在中型民機(jī)中燃油消耗最低在中型民機(jī)中燃油消耗最低 百百 公里公里2.5升升/ 人人 機(jī)組人員休息不占用座艙空間機(jī)組人員休息不占用座艙空間 超寬客機(jī)超寬客機(jī) A350 31 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) F-18EF戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料占戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料占19%19% 32 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) AV8-B鷂式戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料占鷂式戰(zhàn)斗機(jī)復(fù)合材料占26%26% 33 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) F-22復(fù)合材料用量占飛機(jī)總重復(fù)合材料用量占飛機(jī)總重26%26% 34 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) F-22復(fù)合材料應(yīng)用情況復(fù)合材料應(yīng)用情況 機(jī) 翼：蒙皮碳/雙

21、馬 中梁碳/環(huán)氧 機(jī) 身：鈦合金、鋁合金、復(fù)合材料 平尾安定面：碳/雙馬蒙皮鋁蜂窩夾層板 垂尾安定面：碳/雙馬蒙皮、碳/環(huán)氧梁 操 縱 面：復(fù)合材料蜂窩夾層板 35 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) F-22復(fù)合材料機(jī)翼組裝情況復(fù)合材料機(jī)翼組裝情況 36 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) C-17軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料使用情況軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料使用情況 原型機(jī)復(fù)合材料用于：次要結(jié)構(gòu)和操縱面 1994年將平尾改為復(fù)合材料（AS4/Epoxy） 1998年通過(guò)靜力試驗(yàn)： 133% Ultimate Load 破壞 2001年70架飛機(jī)全換為復(fù)合材料平尾 37 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)

22、業(yè) C-17軍用運(yùn)輸機(jī)平尾軍用運(yùn)輸機(jī)平尾 38 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) C-17軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用效果軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用效果 復(fù)合材料使用量占總重量8% 減 重：20% 減少零件數(shù)：90% 減少緊固件數(shù)：80% 降 低 成 本：50% 39 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) V-22 旋旋 翼翼 機(jī)機(jī) 40 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) V-22旋翼機(jī)復(fù)合材料使用情況旋翼機(jī)復(fù)合材料使用情況 機(jī) 翼：IM6/3501-6 機(jī)身和尾翼：AS4/3501-6 復(fù)合材料使用量占總重量41% 減 重：13% 減少零件數(shù)：35% 降 低 成本：22% 41 復(fù)合材料與工程

23、專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) X-45無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī)無(wú)人戰(zhàn)斗機(jī) 42 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 表表1-1 國(guó)外復(fù)合材料在軍機(jī)上的應(yīng)用情況國(guó)外復(fù)合材料在軍機(jī)上的應(yīng)用情況 國(guó)別機(jī) 種用量(%) 首飛 時(shí)間 復(fù)合材料體系應(yīng) 用 情 況 美 F-1411969硼/環(huán)氧樹(shù)脂水平安定面 F-151.21972硼/環(huán)氧樹(shù)脂水平安定面、垂直安定面、方向舵 F-163.41976碳/環(huán)氧樹(shù)脂(AS4/3502) 進(jìn)氣道斜板、垂尾、平尾。 機(jī)翼蒙皮（碳/雙馬來(lái)酰亞胺） F/A-18A121978碳/環(huán)氧樹(shù)脂 除前機(jī)身外，包括機(jī)翼在內(nèi)的所有蒙皮結(jié)構(gòu)。前機(jī)身邊條、 翼根延伸段等 AV-8B26.31982碳/環(huán)氧

24、樹(shù)脂 機(jī)翼蒙皮和亞結(jié)構(gòu)骨架，其機(jī)翼70%重量為復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。 比金屬結(jié)構(gòu)減重20%以上。機(jī)翼梁和肋為“工”形剖面，腹 板為正弦波紋板 A-612碳/環(huán)氧樹(shù)脂機(jī)翼蒙皮 B-1 轟炸機(jī) 碳/環(huán)氧樹(shù)脂、 硼/環(huán)氧樹(shù)脂、 Kevlar49/環(huán)氧樹(shù)脂 機(jī)身大梁、平尾、垂尾、前緣縫翼、襟翼、進(jìn)氣道斜板、艙 門(mén)等 X-31A171990碳/增韌環(huán)氧(IM6/6376)機(jī)翼、機(jī)身蒙皮 YF-22231991 碳/增韌雙馬(IM7/5250- 2) 機(jī)翼、中機(jī)身隔框和蒙皮、尾翼 F-22241996 碳增韌雙馬 (IM6/5250-4) 機(jī)翼、中機(jī)身隔框和蒙皮、尾翼、前機(jī)身 43 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工

25、程專(zhuān)業(yè) 俄 米格297 S-3721前掠機(jī)翼等 雅克-14124機(jī)翼、尾翼、部分機(jī)身 1.4216 1.4430 法 Rafale24 碳增韌雙馬 (IM6/5245C) 機(jī)翼、垂尾、鴨翼、副翼、前機(jī)身蒙皮 幻影4000整體油箱翼盒、尾翼等 ASX10碳/環(huán)氧樹(shù)脂機(jī)翼(壁板尺寸6.34m1.5m)、機(jī)身、垂尾 瑞典JAS-39301988 碳/環(huán)氧樹(shù)脂 (AS4/8552) 機(jī)翼、機(jī)身、鴨翼、垂尾、進(jìn)氣道 德、英 西、意 EF-2000301994 碳/增韌雙馬 (T800/5245) 機(jī)翼、前機(jī)身、中機(jī)身、尾翼蒙皮 日FS-X18整體機(jī)翼、垂尾、平尾等 英美洲豹虎碳/環(huán)氧樹(shù)脂機(jī)翼、方向舵 復(fù)

26、合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 占結(jié)構(gòu)重量 百分比(%) 機(jī)型 材料 表表1-2 民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)用材料重量百分比民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)用材料重量百分比 復(fù)合材料鋁合金鈦合金鋼 第1代Boing7070.2 第2代 Boing747 A300 1 5 81 76 4 4 13 13 第3代 Boing767 Boeing757 A320 3 3 5.5 80 78 76.5 2 6 4.5 14 12 13.5 第4代 Boing777 A340 11 8 70 75 7 6 11 8 45 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) Iphone4 的前后外殼的前后外殼 玻璃鋼玻璃鋼學(xué)名玻璃纖維增強(qiáng)塑料。F

27、RP-(Fiber Reinforced Plastics )纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料，根據(jù)采用的纖維 不同分為玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（GFRP），碳纖維增強(qiáng) 復(fù)合塑料（CFRP），硼纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等； 它是以玻 璃纖維及其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強(qiáng)材料， 以合成樹(shù)脂作基體材料的一種復(fù)合材料。 46 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 石墨烯散熱膜石墨烯散熱膜 47 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 為什么能實(shí)現(xiàn)三防功能？為什么能實(shí)現(xiàn)三防功能？ 48 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 普通的工程材料大多是均勻的、各向同性的普通的工程材料大多是均勻的、各向同性的 均質(zhì)：性能不是物體位

28、置的函數(shù)均質(zhì)：性能不是物體位置的函數(shù) 各向同性：物體的性能在物體內(nèi)的一點(diǎn)的每個(gè)方向都是各向同性：物體的性能在物體內(nèi)的一點(diǎn)的每個(gè)方向都是 相同的，性能不是一點(diǎn)方向上的函數(shù)相同的，性能不是一點(diǎn)方向上的函數(shù) 復(fù)合材料一般表現(xiàn)為非均質(zhì)和各向異性的，材料性復(fù)合材料一般表現(xiàn)為非均質(zhì)和各向異性的，材料性 能是位置和方向的函數(shù)能是位置和方向的函數(shù) 各向異性：所有方向都有不同的性能，沒(méi)有材料對(duì)稱(chēng)面各向異性：所有方向都有不同的性能，沒(méi)有材料對(duì)稱(chēng)面 正交各向異性：在物體重的一點(diǎn)的三個(gè)相互垂直方向上正交各向異性：在物體重的一點(diǎn)的三個(gè)相互垂直方向上 有不同的材料性能，此外還有三個(gè)相互垂直的有不同的材料性能，此外還有三個(gè)

29、相互垂直的材料對(duì)材料對(duì) 稱(chēng)面稱(chēng)面 49 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 宏觀力學(xué)宏觀力學(xué) 假設(shè)材料是均質(zhì)的，只從復(fù)合材料的平均表觀性假設(shè)材料是均質(zhì)的，只從復(fù)合材料的平均表觀性 質(zhì)來(lái)檢驗(yàn)組份材料的作用質(zhì)來(lái)檢驗(yàn)組份材料的作用 細(xì)觀力學(xué)方法細(xì)觀力學(xué)方法 固體力學(xué)與材料科學(xué)之間的交叉科學(xué)，從材料的固體力學(xué)與材料科學(xué)之間的交叉科學(xué)，從材料的 細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手，研究其與材料力學(xué)性能的關(guān)系細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手，研究其與材料力學(xué)性能的關(guān)系 用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)研究材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)研究材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能 關(guān)系關(guān)系 50 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 材料學(xué)：從材料的物理、化學(xué)性質(zhì)、材料工

30、藝、結(jié)材料學(xué)：從材料的物理、化學(xué)性質(zhì)、材料工藝、結(jié) 構(gòu)、組分的角度構(gòu)、組分的角度 Materials science tetrahedron;structure, processing, performance, and proprerties 51 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 固體力學(xué)：結(jié)構(gòu)受力分析與材料的力學(xué)性能固體力學(xué)：結(jié)構(gòu)受力分析與材料的力學(xué)性能 示例：材料中的缺陷問(wèn)題嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度等性示例：材料中的缺陷問(wèn)題嚴(yán)重影響材料的強(qiáng)度等性 能，纖維比塊狀結(jié)構(gòu)材料有更加完整的結(jié)構(gòu)，晶體能，纖維比塊狀結(jié)構(gòu)材料有更加完整的結(jié)構(gòu)，晶體 在纖維中沿著纖維軸向定位，內(nèi)部缺陷少，有更高在纖維中

31、沿著纖維軸向定位，內(nèi)部缺陷少，有更高 的強(qiáng)度的強(qiáng)度 52 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 復(fù)合材料的可設(shè)計(jì)性是指，材料的性能（比如材料的性能（比如 說(shuō)強(qiáng)度、剛度、不同方向的力學(xué)性能）、形狀、說(shuō)強(qiáng)度、剛度、不同方向的力學(xué)性能）、形狀、 以及物理化學(xué)性能都可以通過(guò)復(fù)合材料的基體和以及物理化學(xué)性能都可以通過(guò)復(fù)合材料的基體和 增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料的選擇以及工藝的選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)各種不同 的需求。 根據(jù)我們的需求設(shè)計(jì)材料和結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)在我們所需要 的方向上具有足夠的強(qiáng)度和剛度，其他方向上不 需要，消除材料冗余，提高材料效率。 53 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè) 生物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)生物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)

32、從常規(guī)設(shè)計(jì)向從常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生仿生設(shè)計(jì)發(fā)展設(shè)計(jì)發(fā)展 仿照仿照竹子竹子從表皮到內(nèi)層纖維由密排到疏松的特點(diǎn)，成功地制備從表皮到內(nèi)層纖維由密排到疏松的特點(diǎn)，成功地制備 出具有明顯組織梯度與性能梯度的新型鋼基耐磨梯度復(fù)合材出具有明顯組織梯度與性能梯度的新型鋼基耐磨梯度復(fù)合材 料。料。 仿照仿照鮑魚(yú)殼鮑魚(yú)殼的結(jié)構(gòu)，西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員利用由碳、的結(jié)構(gòu)，西雅圖華盛頓大學(xué)的研究人員利用由碳、 鋁和硼混合成陶瓷細(xì)帶制成了鋁和硼混合成陶瓷細(xì)帶制成了1010微米厚的薄層，由此得到的微米厚的薄層，由此得到的 層狀復(fù)合材料比其原材料堅(jiān)固層狀復(fù)合材料比其原材料堅(jiān)固4040。 仿照仿照骨骼骨骼的組織特點(diǎn)，人們制造了類(lèi)似結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直的組織特點(diǎn)，人們制造了類(lèi)似結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和直 升飛機(jī)的旋翼，外層是剛度、強(qiáng)度高的碳纖維復(fù)合材料，中升飛機(jī)的旋翼，外層是剛度、強(qiáng)度高的碳纖維復(fù)合材料，中 層是玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、內(nèi)層是硬泡沫塑料層是玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、內(nèi)層是硬泡沫塑料。 54 復(fù)合材料與工程專(zhuān)業(yè)復(fù)合材