材料力學(xué)性能復(fù)合材料的力學(xué)性能 材料力學(xué)性能 講義PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1材料力學(xué)性能材料力學(xué)性能 復(fù)合材料的力學(xué)性能復(fù)合材料的力學(xué)性能 材料材料力學(xué)性能力學(xué)性能 講義講義12/14/20212第1頁/共60頁12/14/20213第2頁/共60頁12/14/20214本章討論的是作為結(jié)構(gòu)材料使用的纖維復(fù)合材料，指以高性能的碳纖維、陶瓷纖維、芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺）纖維、晶須等為增強體，以金屬、陶瓷、聚合物為基體的先進復(fù)合材料。第3頁/共60頁12/14/20215第4頁/共60頁12/14/20216第5頁/共60頁12/14/20217第6頁/共60頁12/14/20218(3) 抗疲勞性好n金屬、陶瓷材料的疲勞破壞是沒有明顯預(yù)兆的突發(fā)性破壞，而纖維

2、復(fù)合材料中纖維和基體的界面能阻止裂紋擴展，所以纖維復(fù)合材料疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，逐漸擴展到結(jié)合面上，破壞前沒有明顯預(yù)兆。第7頁/共60頁12/14/20219(4) 減振性能好n通過改變纖維、基體的種類和相對含量，纖維集合形式及排布方式等可滿足復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計要求。n復(fù)合材料的高比強度、高模量的特點，是由于這種材料受力時高強度、高模量的增強纖維承受了大部分載荷，基體只是作為傳遞和分散載荷給纖維的媒介引起的。(5) 可設(shè)計性強第8頁/共60頁12/14/202110第9頁/共60頁12/14/202111第10頁/共60頁12/14/202112n單向復(fù)合材料的強度和鋼度都隨

3、方向而改變，有五個特征強度：n（1）縱向抗拉強度、（2）縱向抗壓強度、n（3）橫向抗拉強度、（4）橫向抗壓強度、n（5）面內(nèi)抗剪強度。n有四個特征彈性常數(shù)：n（1）縱向彈性模量、（2）橫向彈性模量、n（3）主泊松比、（4）切變模量。第11頁/共60頁12/14/202113第12頁/共60頁12/14/202114第13頁/共60頁12/14/202115第14頁/共60頁12/14/202116第15頁/共60頁12/14/202117第16頁/共60頁12/14/202118第17頁/共60頁12/14/202119第18頁/共60頁12/14/202120n 是纖維全部分散、互不接觸，獨

4、立時的橫向彈性模量，是橫向彈性模量的最小值；n 是纖維全部接觸、連通時的橫向彈性模量，是橫向彈性模量的最大值。第19頁/共60頁12/14/202121第20頁/共60頁12/14/202122根據(jù)纖維與基體軸向并聯(lián)模型所得到的切變模量：第21頁/共60頁12/14/202123第22頁/共60頁12/14/202124第23頁/共60頁12/14/202125橫向泊松比：當(dāng)沿垂直于纖維方向彈性拉伸時，其縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變之比：第24頁/共60頁12/14/202126n（一）縱向抗拉強度n玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維增強的熱固性樹脂基復(fù)合材料的變形特性只有I、IV階段；n金屬基和熱塑性

5、樹脂基復(fù)合材料，包含第II階段；n脆性纖維增強復(fù)合材料，觀察不到第III階段，而韌性纖維復(fù)合材料有第III階段。第25頁/共60頁12/14/202127第26頁/共60頁12/14/202128第27頁/共60頁12/14/202129第28頁/共60頁12/14/202130第29頁/共60頁12/14/202131第30頁/共60頁12/14/202132（二）縱向抗壓強度第31頁/共60頁12/14/202133第32頁/共60頁12/14/202134第33頁/共60頁12/14/202135第34頁/共60頁12/14/202136第35頁/共60頁12/14/202137第36頁

6、/共60頁12/14/202138第37頁/共60頁12/14/202139第38頁/共60頁12/14/202140第39頁/共60頁12/14/202141第40頁/共60頁12/14/202142第41頁/共60頁12/14/202143第42頁/共60頁12/14/202144第43頁/共60頁12/14/202145第44頁/共60頁12/14/202146第45頁/共60頁12/14/202147n復(fù)合材料中，基體因強度低，所以在材料受載時先于纖維變形，到復(fù)合材料完全斷裂時，纖維周圍的基體也隨之?dāng)嗔选?2) 基體變形和開裂n若裂紋穿過基體擴展遇到纖維時，裂紋可能分叉，轉(zhuǎn)向平行于纖維

7、方向擴展。裂紋可在基體內(nèi)，也可沿界面擴展，取決于界面與基體的相對強度。如果界面結(jié)合較弱，就將使纖維與基體脫膠。(3) 纖維脫膠第46頁/共60頁12/14/202148n這是發(fā)生在層合板情況下的一種損傷。當(dāng)裂紋穿過層合板的一個鋪層擴展時，其尖端遇到相鄰鋪層的纖維，可能受到阻滯。n但因與裂紋尖端相鄰的基體中切應(yīng)力很高，裂紋可能分枝出來，開始在平行于鋪層平面的界面上擴展，形成分層裂紋。(5) 分層裂紋第47頁/共60頁12/14/202149第48頁/共60頁12/14/202150第49頁/共60頁12/14/202151第50頁/共60頁12/14/202152第51頁/共60頁12/14/202153第52頁/共60頁12/14/202154第53頁/共60頁12/14/202155偶聯(lián)劑：是一類具有兩不同性質(zhì)官能團的物質(zhì)，它們分子中的一部分官能團可與有機分子反應(yīng)，另一部分官能團可與 無機物表面的吸附水反應(yīng)，形成牢固的粘合。偶聯(lián)劑在復(fù)合材料中的作用在于它既能與增強材料表面的某些基團反應(yīng)，又能與基體樹脂反應(yīng)，從而增強了增強材料與樹脂之間粘合強度，提高了復(fù)合材料的性能。按偶聯(lián)劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)及組成分為有機鉻絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸化合物四大類。 第54頁/共60頁