复合材料结构设计参考资料复合材料与工程
考试形式
笔试闭卷
考试时间和地点
时间：2015年6月25日14:00--15:40
地点：材料学院A107
题型与分数分布
一．名词解释
二．填空题
三．简答题
四．计算题
一、绪论
1.复合材料：由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。
一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。
一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料）
主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。
2.复合材料分类：
A按基体材料分：树脂基的复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料
B按分散相形态分：连续纤维增强、纤维织物增强、片状材料增强、短纤维增强、颗粒增强C按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。
D按用途分类：结构复合材料：利用复合材料的各种良好力学性能用于制造结构的材料。
功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料
3.复合材料的结构层次：
三次结构：纤维缠绕压力容器，即平常所说的制品结构（a）
二次结构：从容器壁上切取的壳元即是由若干具有不同纤
维方向的单层材料按一定顺序叠合而成的层合
板（b）
一次结构：层合板的一个个铺层，是层合板的基本单元（c）
二、单层板的宏观力学分析
1.单层板的正轴刚度
正向:也就是说应力方向与坐标方向一致方向为正向，相反为负向。
正面：截面外法线方向与坐标轴方向一致的面，否则为负面。
σ1和σ2——表示正应力分量:拉伸为正，压缩为负，也就是使整
个单层板产生拉伸时的应力为正应力，而使单层板产生压缩时的应
力为负应力。
τ12——表示剪应力分量:其中正面正向为正；负面负向也为正。
A．力学实验
a.纵向单轴试验：
纵向泊松比v1是单层板由于纵向单轴应力σ1而引起的横向线应变ε2(1)与纵向线应变ε1(1)的比值。（ε2(1)表示的是这个应变是由纵向应力σ1引起的）
b.横向单轴试验
c.面内剪切实验
由试验测的面内剪切弹性模量，反应了单层板在其面内的抗剪切刚度特性。在相同的τ12下，G12越大，γ12越小。
B虎克定律的推导
a.单层板正轴向的应变-应力关系（用柔量分量或柔度分量）
b.单层板正轴向的应力-应变关系（用模量分量或刚度分量）
C．工程弹性常数与柔量分量及模量分量的关系
2.单层板的偏轴刚度（材料非主方向上的刚度）
A正轴/偏轴转换公式
B．偏轴工程弹性常数、柔量、模量推导
偏轴工程弹性常数：是单层在偏轴向受单轴应力或剪切应力时的材料刚度性能参数偏轴柔量：由偏轴应力给出偏轴应变的应变-应力关系式确定的
偏轴模量：由偏轴应变给出偏轴应变的应力-应变关系式确定的
3.单层板强度
A正交各向异性单层板在平面应力状态的基本强度指标：纵向拉伸强度Xt、纵向压缩强度Xc、横向拉伸强度Yt、横向压缩强度Yc、面内剪切强度S
B强度比（R）：单层在施加应力的作用下，极限应力的某一分
量与其对应的施加应力的分量之比称为强度/应力比
三、层合板的宏观力学分析
1.层合板是由两层或者两层以上按不同方向配置的单层板层合形成的整体的结构单元。（单层板的性能与组分材料及材料主方向有关）
中面：对层合板进行力学性能分析时，离层合板的两个表面等距离的平面。
2.层合板的简明标记方法：
偶数层对称层合板：对称铺层只写出一半，括号外加写下标“s”表示对称。
奇数层对称层合板：在对称中面上的铺层用顶标“－”表示。
非对称层合板，必须在标记中标明全部铺层组的铺设顺序。例如：[05/902/45/90/03]。这种层合板标记，仅表明由底面向上至顶面的铺设顺序，而不能相反。
铺设参数:层数\铺层材料、主方向、铺层纤维种类、叠放次序
3.层合板的种类
A对称层合板：指层合板中面两侧对应处的各单层材料相同、厚度相同、铺层角相等层合板a正交对称层合板——只有相互垂直的两种铺层方向的对称层合板，如[0/90/0]s
b对称均衡层合板是指-?单层数和+?单层数相同的对称层合板，均衡层合板还可以包含任意量的0度和90度的层。
c对称均衡斜交层合板——仅仅由相同数量的-?单层数到+?单层数组成的对称均衡层合板，不包含0度和90度的层，如[-? / +?]2s
B非对称层合板
C夹芯层合板:由两层薄的高强度高弹性模量材料的面板和中间夹着一层厚而密度低的芯子所组成的结构。(这种结构物可以大幅度提高层合板结构的抗弯刚度和充分利用材料的强度，并增加了层合板的受压稳定性）
4.对称层合板面内工程弹性常数（面内力：作用力的合力作用线位于层合板的几何中面内）
5.典型对称层合板的面内刚度
A正交对称层合板：只含有0度和90度单层的对称层合板。当将层合板的参考坐标轴置于
某一单层的纤维方向上时，则各单层的偏轴角为?1=0°，?2=90°。
B斜交铺设对称层合板：方向角大小相等而符号相反（即?=±φ），
且体积含量相同的两单层组构成的。
C 准各向同性层合板:是指层合板面内各个方向的刚度相同的对称层合板。
D一般π/4层合板:各个单层均按0°、90°、45°、-45°方向的一种或者几种铺设的对称层合板称为一般π/4层合板。它是目前工程上主要应用的一类层合板，如果各个单层组的材料和厚度相同时，称为标准的π/4层合板，也是准各向同性层合板。0°方向的单层用来承受轴向载荷；90°方向的单层用来承受横向载荷；±45°单层用来承受剪切载荷。
6.一般层合板：对单层材料、铺叠方向与铺设顺序等没有任何限制的各种层合板，其的刚度用层合板的刚度系数（层合板内力-应变关系式的系数）、柔度系数（层合板应变-内力关系式的系数）和工程弹性常数三种形式给。。
弯曲率：层合板中面弯曲变形的曲率；扭曲率：层合板中面扭曲变形的曲率
7.为什么层合板的内力表达式只能采用分层积分？
经典层合理论只考虑平面应力状态，不考虑各单层之间的层间应力，由于层合板各单层的偏轴模量可以是不同的，因此层合板的应力是不连续分布的，只能分层积分。
8层合板强度计算比单层板复杂的原因？
尽管层合板在载荷作用下，应变沿着厚度方向的分布形式较为简单；但是层合板各个单层中纤维的方向不一定相同，也就是说层合板各个单层的偏轴模量可以不同，所以应力沿着厚度的分布要复杂的多。
四、单层板的细观力学分析
1.复合材料的细观力学：是研究复合材料单层的宏观性能与组分材料性能及细观结构之间的定量关系。它要揭示不同的材料组合具有不同宏观性能的内在机制。
C ij单层的工程弹性常数
X i单层的强度
2.纤维体积含量及质量分数
3单向连续纤维增强复合材料弹性常数的预测
A串联模型（模型Ⅰ）：纤维薄片和基体薄片在横向呈串联形式，意味纤维在横向完全被基体隔开，适用于纤维所占百分比少的情况。
a.纵向弹性模量E1I b横向弹性模量E2I
c泊松比V1I /V2I（各向同性v取值范围（-1，1/2）;正交各向异性取决于两个弹性模量比值）
B并联模型（模型Ⅱ）：纤维薄片与基体薄片在横向呈并联形式，意味纤维在横向完全连通，适用于纤维所占百分比较高的情况。
C组合模型的弹性常数
4.正交织物复合材料的弹性常数
五、复合材料连接设计
1.连接方式：A胶接、B机械连接（包括螺接和铆接）、C混合连接
A胶接形式
（单搭接/双搭接/斜面搭接/阶梯形搭接）
B机械连接(有无起作用：搭接/对接；受力形式：单剪/双剪)其中每类有等厚度和变厚度两种
2.胶接连接和机械连接的比较
3 机械连接形式的选择原则：
（1）搭接和单盖板对接都会产生附加弯矩而造成接头承载能力的减小和连接效率的降低，一般连接设计宜采用双剪连接形式，应尽量避免连接效率较低的不对称单剪连接。
（2）用双盖板对接能够避免附加弯矩，带锥度的连接形式可以改善多钉连结载荷分配的不均匀性，消除边缘螺钉的过大载荷，提高连接的承载能力；
（3）对于单剪连接形式，宜采用多排钉连接，排距应尽可能大些，使偏心加载引起的弯曲应力降到最小。
（4）碳纤维树脂基复合材料的塑性很差，会造成多排紧固件连接载荷分配的严重均不允，因此尽量采用不多于两排紧固件的多钉连结形式，钉孔布置应尽可能平行排列。
（5）设计合理的斜削型连接可以改善多钉连接载荷分配的不均匀性，提高连接的承载能力，设计的关键是斜削搭接板厚度和紧固件直径的选择。
六、复合材料结构设计基础
1.复合材料产品设计：
a性能设计（功能设计）b结构设计：包括刚度、
强度、稳定性计算c工艺设计
①复合材料结构设计比金属结构更加强调材料性
能、结构设计与分析、制造工艺三个主要方面的
综合协调
②在产品设计时必须进行材料分析（选用几种组
分材料复合制成具有所要求性能的材料的过程），
并选择合适的工艺方法，材料/工艺/设计三者必须
形成一个有机整体。
2.复合材料成型工艺比较与选择
①要强调设计与制造工艺的一体化，提高结构整体化.蒙皮、梁、墙、衍条等结构元素的的连接在材料形成的同时，采用共固化、共胶接、缝合和预成形织物等工艺实现。
②考虑产品外形构造及尺寸特点。产品尺寸精度和外观质量严格要求的大批量、中小型产品，应选用模压成型；小批量大型产品，采用手糊成型；贮罐、压力容器、管道、飞机整体机身段等具有回转截面形状产品采用纤维缠绕成型；几何形状规则，大小尺寸不变用拉挤成型。
③产品结构受力情况：单向受力杆件和梁采用拉挤成型；板壳构件采用连续纤维缠绕或手糊成型；对载荷情况不是很清楚或承受随机载荷的产品用短切纤维模压或喷射成型工艺。
④采用高效的自动化成型技术，既可以降低成本，又能增加产出。飞机蒙皮、机翼壁板及尾翼壁板采用纤维自动铺放机进行复合材料预浸料铺层，机翼及机身长珩与蒙皮之间均采用共胶接工艺；壁板类构件目前采用成熟的热压罐固化成型工艺。
⑤满足材料性能和产品性能要求
⑥产品批量大小，供货时间长短
⑦工艺设备条件、流动资金及技术水平
⑧经济效益，选择成本-效率最好的成型工艺，实现产品性能与成本的最佳平衡。制造方面的低成本技术，首先就是提高自动化程度，当前发展得主流的主流是湿法成型（液体模塑成型技术）主要有RTM、VARTM、RFI和SCRIMP等除此以外，其他低成本的有纤维缠绕、拉挤成型、复合材料自动铺放成型技术、非热压罐固化成型技术。
⑨优先选用有使用经验的成型工艺方法，充分考虑结构在制造和使用时易于检测，并考虑可能的采用的维修方法。
3.结构设计的一般原则：
a采用按使用载荷设计，按设计载荷校核的方法
b结构强度用许用值为使用许用值和设计许用值, 他们分别对应于最大使用载荷和设计载荷c复合材料强度准则只适用于复合材料单层，
d当结构使用温度很宽或在不同温度下复合材料性能变化较大时，应力分析所用的材料的力学性能数据应按温度区间选取
e在使用在载荷作用下，不允许有永久变形
f有刚度要求的一般部位，材料弹性常数的数值选取对应温度区间的平均值；对刚度有严格要求的重要部位，需要选取对应温度区间的B基准值。
4.典型结构构件设计
A薄壁梁（工字梁）工字梁承受弯曲载荷作用时，上、下翼缘主要分别受压缩和拉伸应力，腹板主要受剪切应力。单向纤维增强复合材料具有很高的拉压性能，但剪切性能很差；而短切纤维毡增强复合材料具有很好的剪切性能，但拉压性能差。因此工字梁的设计上、下翼缘采用单向纤维为主铺设，腹板以连续纤维毡；同时考虑到薄壁翼缘可能出现失稳的问题，因此需在翼缘表层布置沿梁轴呈+45°铺层。相对常规材料工字钢型材来讲，复合材料应该有更窄而厚的翼缘和更高的型材高度，但为避免梁的扭转失稳，最好能考虑采用双腹板的II 形型材。
B夹层梁：由上、下两层薄的面板（蒙皮）、中间较厚的芯材以及粘结面板和芯材称为整体的胶合层组成。面板主要承受由弯曲变形引起的正应变，芯材主要承受剪应力，对面板起支撑作用，他能提高结构刚度，保证面板不发生屈曲和翘曲。对芯材的要求——质量小，有一定的抗剪和抗弯能力。从形态上，芯材分为微孔芯材和大孔芯材。微孔芯材主要由塑料泡沫（导热系数低、热绝缘性能好，如聚苯乙烯泡沫和聚氨酯泡沫）制成，大孔芯材主要有蜂窝芯材和波纹芯材（对于有严格力学性能要求和质轻的结构件）
复合材料结构设计参考资料复合材料与工程 考试形式 笔试闭卷 考试时间和地点 时间：2015年6月25日14:00--15:40 地点：材料学院A107 题型与分数分布 一．名词解释 二．填空题 三．简答题 四．计算题
一、绪论 1.复合材料：由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。 一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。 一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料） 主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。 2.复合材料分类： A按基体材料分：树脂基的复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料 B按分散相形态分：连续纤维增强、纤维织物增强、片状材料增强、短纤维增强、颗粒增强C按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。 D按用途分类：结构复合材料：利用复合材料的各种良好力学性能用于制造结构的材料。 功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料 3.复合材料的结构层次： 三次结构：纤维缠绕压力容器，即平常所说的制品结构（a） 二次结构：从容器壁上切取的壳元即是由若干具有不同纤 维方向的单层材料按一定顺序叠合而成的层合 板（b） 一次结构：层合板的一个个铺层，是层合板的基本单元（c） 二、单层板的宏观力学分析 1.单层板的正轴刚度 正向:也就是说应力方向与坐标方向一致方向为正向，相反为负向。 正面：截面外法线方向与坐标轴方向一致的面，否则为负面。 σ1和σ2——表示正应力分量:拉伸为正，压缩为负，也就是使整 个单层板产生拉伸时的应力为正应力，而使单层板产生压缩时的应 力为负应力。 τ12——表示剪应力分量:其中正面正向为正；负面负向也为正。 A．力学实验 a.纵向单轴试验： 纵向泊松比v1是单层板由于纵向单轴应力σ1而引起的横向线应变ε2(1)与纵向线应变ε1(1)的比值。（ε2(1)表示的是这个应变是由纵向应力σ1引起的） b.横向单轴试验
复合材料铺层设计 复合材料制件最基本的单元是铺层。铺层是复合材料制件中的一层单向带或织物形成的复合材料单向层。由两层或多层同种或不同种材料铺层层合压制而成的复合材料板材称为层合板。复合材料层压结构件的基本单元正是这种按各种不同铺层设计要素组成的层合板。 本章主要介绍由高性能连续纤维与树脂基体材料构成的层合结构和夹层结构设计的基本原理和方法，也介绍复合材料结构在导弹结构中的应用。 一、层合板及其表示方法 (1) 铺层及其方向的表示？ 铺层是层合板的基本结构单元，其厚度很薄，通常约为～。铺层中增强纤维的方向或织物径向纤维方向为材料的主方向（1向：即纵向）；垂直于增强纤维方向或织物的纬向纤维方向为材料的另一个主方向（2向：即横向）。1—2坐标系为材料的主坐标系，又称正轴坐标系，x-y坐标系为设计参考坐标系，如图所示。 铺层是有方向性的。铺层的方向用纤维的铺向角（铺层角）θ表示。所谓铺向角（铺层角）就是铺层的纵向与层合板参考坐标X轴之间的夹角，由X轴到纤维纵向逆时针旋转为正。参考坐标系X-Y与材料主方向重合则为正轴坐标系。X-Y方向与材料主方向不重合则称偏轴坐标系，如图（b）所示。铺层的正轴应力与偏轴应力也在图中标明。
（2）层合板的表示方法？ 为了满足设计、制造和力学性能分析的需要，必须简明地表示出层合板中各铺层的方向和层合顺序，故对层合板规定了明确的表示方法，如表所示。 二、单层复合材料的力学性能
单层的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。由于单层很薄，一般仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态。单层在材料主轴坐标系中通常是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变ε1、ε2只与该点处的正应力σ1、σ2有关，而与剪应力τ12无关；同时，该点处剪应变γ12也仅与剪应力τ12有关，而与正应力无关。 材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量Ε1和Ε2、主泊松比ν12、纵横剪切弹性模量G12，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度X1、X2，横向拉伸与压缩强度Y1、Y2，纵横剪切强度S共五个强度参数。这9个工程常数是通过单向层合板的单轴试验确定的。通常情况下，单层力学性能有明显的方向性，与增强纤维的方向密切相关，即Ε1>>Ε2，X>>Y；而且拉伸与压缩强度不相等，即X1≠X2，Y1≠Y2；纵横剪切性能与拉伸、压缩性能无关，即S 与X 、Y 无关。 由于单层复合材料是复合材料的基础，故往往用它的性能来说明复合材料的性能。但应当指出：单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能。一般说，实际使用的层合复合材料性能要低于单向复合材料的纵向性能。复合材料的性能与材料中含有的纤维数量有很大的关系，所以在规定性能数据时，一般还应给定材料所含的纤维量，通常用纤维所占的体积百分比V来表示。V称为纤维体积分数或纤维体积含量，其值通常控制在60%左右。 三、复合材料结构的制造与成形工艺 （1）制造与成形工艺的分类、特点与适用范围？ 树脂基复合材料结构成形工艺方法多种多样，各有所长。工艺方法的分类见图各种工艺方法的特点与适用范围见表。
3D编织复合材料的细观结构与力学性能 摘要归纳、梳理三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型，分析、比较各结构模型的优缺点，从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展，探讨细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题，并展望今后的研究重点与发展方向。 关键词三维编织复合材料；细观结构；力学性能 Microstructure and Mechanical Properties of 3D Braided Composites ABSTRACT Typical unit cell models on microstructure of 3D braided composites were summarized. Advantages and disadvantages of various models were compared. Developments of research on mechanical properties of 3D braided composites were introduced from theoretical analysis and experimental test perspectives. Finally, problems in the present study were discussed and further development trend is prospected KEYWORDS 3D braided composites; Microstructure; Mechanical properties 1 引言 三维编织复合材料是20世纪80年代为满足航空航天部门对高性能材料的需求而研发出的先进结构材料，具有高度整体化的空间互锁网状结构，可有效避免传统层合复合材料的分层破坏，冲击韧性、损伤容限与抗疲劳特性优异，结构可设计性强，能够实现异形件的净尺寸整体成型，因此在结构材料领域倍受关注。 力学性能是三维编织复合材料结构设计的核心，直接关系应用安全性与可靠性，细观结构是影响力学性能的关键，正确描述细观结构是准确预测宏观力学性能的必要前提。细观结构表征与力学性能预报一直是三维编织复合材料的研究重点，具有重要的理论价值与实践意义。 2 三维编织复合材料的细观结构单胞模型 Ko[1]首次提出“纤维构造”术语，定义出图1所示的立方体单胞模型，单胞由四根不计细度的直纱线组成，纱线沿体对角线方向取向并相交于立方体中心，模型大致描述出了编织体内部的纱线分布情况。
先进复合材料制造技术复合材料表面的金属化 姓名丁志兵
班级05021104 学号2011301263 复合材料表面的金属化 材料作为社会进步的物质基础和先导，在人类历史发展的过程中一直都是人类进步的里程碑。每一种新材料的发现和利用都会为社会生产力的提高以及人类生活品质的提升带来巨大的变化。同时，材料制造的水平也是衡量一个国家科学技术和经济发展的重要因素之一。 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的发展具有悠久的历史，自20 世界40 年代因航空工业发展的需要而发展出的玻璃纤维增强复合材料（也称玻璃钢），复合材料这一新材料的名称因此而进入人们的视线。复合材料的出现，使得材料科学的内容产生了极大的丰富，并且因其自身的广泛而优异的性能而得到快速的发展，人们将复合材料的出现视为人类进步发展的里程碑。科学家预言：“复合材料在21 世纪中将支撑着科学技术的进步和挑起经济实力的脊梁”，“21 世纪将是复合材料的时代”，“先进复合材料在21世纪中将在航空航天技术领域中发挥越来越重要的作用”。随着时代的进步和科技的发展，复合材料结构已经广泛应用于航空航天、船舶、车辆、建筑工程等多个领域，的确，21 世纪将是复合材料的时代，复合材料必将肩负着重要的责任。 树脂基复合材料以其质轻、高比强度、高比模量、热膨胀系数小、性能可设计性等一系列优点,已经成为国内外航天器结构部件的首选材料,广泛应用于各类卫星天线、相机结构组件、裕架、太阳能电池板等。在航天器中,用复合材料代替金属材料,在保持原有力学性能,甚至更高的同时,可有效减轻航天器的重量,节约发射成本。但是,由于特殊的空间使用环境和航天技术新的发展需求,树脂基复合材料面临以下的问题,严重影响了该类材料的进一步应用。 1)空间防护能力不足,制约航天器向长寿命方向发展。 航天器在空间运行过程中要经受严酷的空间环境考验。近地轨道以大量的原子氧、紫外环境为主。原子氧是一种很强的氧化剂,对树脂基体具有很强的腐蚀作用,当航天器以极高的速度在其中运行时,相当于将航天器浸泡于高温的氧原子气体中,裸露在外的树脂基复合材料结构件表面与其作用形成挥发性的氧化物;在地球同步轨道,空间辐射环境以带电高能粒子如电子,质子和紫外线等为主,带电粒子对卫星结构件的辐射损伤主要是通过以下两个作用方式:一是电离作用,即入射粒子的能量通过被照物质的原子电离而被吸收,另外一种是原子的位移作用,即被高能粒子中的原子位置移动而脱离原来所处的晶格位置,造成晶格缺陷。高能的质子和重粒子既能产生电离作用,又能产生位移作用。所有这些作用都会导致树脂基
1、为什么结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维？ 2、简述树脂基复合材料的优点和缺点？ 3、为什么新一代客机中复合材料用量会大幅提高？其复合材料零部件主要用到复合材料的哪些优点？ 4、为什么卫星中采用了较多的复合材料？ 答：1、利用复合材料的各种良好的力学性能用于制造结构的材料，称为结构复合材料， 它主要有基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料承受主要载荷，提供复合 材料的刚度和强度，基本控制其力学性能；基体材料固定和保护增强纤维，传递纤维 间剪力和防止纤维屈曲，并改善复合材料的某些性能。用以加强制品力学性能或其他 性能的材料，在橡胶工业中又称补强剂。分纤维状和粒状材料两种。增强材料的增强 效应取决于与被增强材料的相容性，为增进相容能力，有些增强材料在使用前需要进 行表面处理。对粒状增强材料，尚需考虑其表面积（决定于粒径、形状和孔隙度）。 据报道，平均粒径在0.2μm以下的增强材料，随粒径的减小，制品的模量、抗张强度、 屈服强度和伸长率均有所增加。平均粒径较大的增强材料，由于粒径分布的不同其结 果不一致。所以，结构力学复合材料力学性能难以控制。增强材料就象树木中的纤维， 混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。例如在 纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性 能。所以说结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维。 2、树脂基复合材料的优点：1）比强度高、比模量大2）耐疲劳性能好3）阻尼减震性 能好4）破损安全性好5）耐化学腐蚀性好6）树脂基复合材料是一种优良的电气绝缘 材料，电性能好7）树脂基复合材料热导率低、线膨胀系数小，优良的绝热材料，热 性能良好。树脂基复合材料的缺点：1)树脂基复合材料的耐热性较低2）材料的性能 分散性大。 3、用复合材料设计的飞机结构，可以推进隐身和智能结构设计的发展，有效地减少了 机体结构重量，提高了飞机运载能力，降低了发动机油耗，减少了污染排放，提高了 经济效益；复合材料优异的抗疲劳和耐介质腐蚀性能，提高了飞机结构的使用寿命和 安全性，减少了飞机的维修成本，从而提高了飞机结构的全寿命期（是指结构从论证 立项开始，有设计研制、生产研制、销售服务、使用运行、维护修理，一直到报废处 理的整个寿命期)经济性；复合材料结构有利于整个设计与整体制造技术的应用，可以 减少结构零部件的数量，提高结构的效率与可靠性，降低制造和运营成本，并可明显 改善飞机气动弹性特性，提高飞机性能。 4、正火箭导弹与航天器均要求结构重量轻,强度高。复合材料不仅兼备这两种优点,而 且还具有一些金属材料无法比拟的优良性能。卫星结构用复合材料具有重量轻、比刚 度、比强度高等特点。其碳纤维复合材料构件还具有弹性模量、热膨胀系数可设计等 特点，对卫星结构件的应用具有材料可设计的特色。
复合材料力学上机作业 （2013年秋季） 班级力学C102 学生姓名赵玉鹰 学号105634 成绩 河北工业大学机械学院 2013年12月30日
作业1 单向板刚度及柔度的计算 一、要 求 （1）选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题； （2）上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果； （3）材料工程常数的数值参考教材自己选择； （4）上机学时：2学时。 二、题 目 1、已知单层板材料工程常数1E ，2E ，12G ，计算柔度矩阵[S ]和刚度矩阵[Q ]。（玻璃/环氧树脂单层板材料的MPa 1090.341?=E ，MPa 1030.142?=E ，MPa 1042.0412?=G ，25.021=μ，MPa 1001=σ，MPa 302-=σ，MPa 1012=τ） ●Maple 程序 > restart: > with(linalg): > E[1]:=3.9e10: > E[2]:=1.3e10: > G[12]:=0.42e10: > mu[21]:=0.25: > mu[12]:=E[1]*mu[21]/E[2]: > Q[11]:=E[1]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[12]:=mu[12]*E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[13]:=0: > Q[21]:=Q[12]: > Q[22]:=E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[23]:=0: > Q[31]:=Q[13]: > Q[32]:=Q[23]: > Q[33]:=G[12]: >Q:=evalf(matrix(3,3,[[Q[11],Q[12],Q[13]],[Q[21],Q[22], Q[23]],[Q[31],Q[32],Q[33]]]),4);
复合材料力学讲义 第一部分简单层板宏观力学性能 1.1各向异性材料的应力—应变关系 应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为： （1—1） 其中σi为应力分量，C ij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。 按表1—l，用简写符号表示的应变定义为： 表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照 注：γij（i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变 （1—2）
其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。 在方程(1—2)中，刚度矩阵C ij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为： （1—3） 由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为： （1—4） 沿整个应变积分，单位体积的功为： （1—5） 虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出： （1—6） 于是 （1—7） 同样 （1—8） 因W的微分与次序无，所以： （1—9） 这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。 用同样的方法我们可以证明： （1—10）
其中S ij是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为 （1—11） 同理 （1—12）即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。 在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为： （1—13）实际上，关系式(1—13)是表征各向异性材料的，因为材料性能没有对称平面．这种各向异性材料的别名是全不对称材料．比各向异性材料有更多的性能对称性的材料将在下面几段中叙述．各种材料性能对称的应力—应变关系式的证明由蔡（Tais）等给出。 如果材料有一个性能对称平面应力—应变关系式可简化为 （1—14）
复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215
用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed
本次初步设计正文用宋体四号，1.5倍行距。编码按照:第六章 6.1 6.1.1类推。以下典型设计仅供参考，周五下午排好版审定初稿。 一、涝池设计 1、设计原则 涝池布设在沟头、路旁和田间地头等地段，以拦水保护道路和农田设施为主要作用，一般要距沟头、沟边10米以上或选择在村庄、道路等宜形成径流的低洼地，修筑涝池5处，以集蓄径流、防止道路冲刷或沟头前进，同时解决畜禽饮水及小片园地灌溉用水。 2、池场工程 涝池一般以圆形为主，也可根据地形设施为方形和多边形，由于其主要起拦水护冲作用，一般不用防渗处理。 3、设计容积 涝池设计容积在100——200立方米，顶宽大于1米，安全超高大于0.5米，内坡比1:1.5,外坡比1:1。 4、涝池断面设计（见附图） ①设计为土质涝池； ②形状与大小依据具体地形设计，深度一般为 m,容积100~200m3； ③岸埂顶宽1～2m，迎水坡1：1～1：1.5，外坡1：1。 蓄水计算公式V=3/5πR2H
式中V——蓄水容积（m3），根据当地涝池建设情况取200m3； H——有效水深（m），为了安全期间，设计涝池水深为2m，超过0.5m。 R——圆的半径（m），按照蓄水量推算的半径为7.5m。 5、放线与施工 ①依据来水量及地形条件，确定涝池形状、规格及进出口，在实定放样作为施工参考； ②施工采用挖掘机开挖，挖出的土料堆放在池周，每层堆放厚度不超过30cm，然后用推土机碾压夯实，人工配合整修边埂及池底； ③铺垫粘土，人工夯实，池底用10~15cm粘土做防渗层。（详见附图）进行防渗处理。 6、涝池的管理 ①每年暴雨期制定专人巡视，发现问题及时处理，防止渗漏垮塌或直接冲毁； ②每年清淤一次，确保有足够的容积。 7、设置位置及工程量 根据实地勘察，项目区确定涝池数量为座，布设在项目区的1 条流域中，依据上述公式计算的工程量见表1—1，设计图见各流域设计报告。 表1—1项目区涝池建设规模及工程量统计表
《复合材料结构设计》习题 §1 绪论 1.1 什么是复合材料？ 1.2 复合材料如何分类？ 1.3 复合材料中主要的增强材料有哪些？ 1.4 复合材料中主要的基体材料有哪些？ 1.5 纤维复合材料力学性能的特点哪些？ 1.6 复合材料结构设计有何特点？ 1.7 根据复合材料力学性能的特点在复合材料结构设计时应特别注意到哪些问题? §2 纤维、树脂的基本力学性能 2.1 玻璃纤维的主要种类及其它们的主要成分的特点是什么？ 2.2 玻璃纤维的主要制品有哪些？玻璃纤维纱和织物规格的表示单位是什么？2.3 有一玻璃纤维纱的规格为2400tex，求该纱的横截面积（取玻璃纤维的密度 为2.54g/cm3）？ 2.4 有一玻璃纤维短切毡其规格为450 g/m2，求该毡的厚度（取玻璃纤维的密 度为2.54g/cm3）？ 2.5 无碱玻璃纤维（E-glass）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致 值是多少？ 2.6 碳纤维T-300的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值是多少？密 度为多少？ 2.7 芳纶纤维（kevlar纤维）的拉伸弹性模量、拉伸强度及断裂伸长率的大致值 是多少？密度为多少？ 2.8 常用热固性树脂有哪几种？它们的拉伸弹性模量、拉伸强度的大致值是多 少？密度为多少？热变形温度值大致值多少？ 2.9 简述单向纤维复合材料抗拉弹性模量、抗拉强度的估算方法。 2.10 试比较玻璃纤维、碳纤维单向复合材料顺纤维方向拉压弹性模量和强度值，指出其特点。 2.11 简述温度、湿度、大气、腐蚀质对复合材料性能的影响。 2.12 如何确定复合材料的线膨胀系数？ 2.13已知玻璃纤维密度为ρf=2.54g/cm3，树脂密度为ρR=1.20g/cm3，采用规格 为450 g/m2的玻璃纤维短切毡制作内衬时，其树脂含量为70％，这样制作一层其GFRP的厚度为多少? 2.14 采用2400Tex的玻璃纤维（ρf=2.54g/cm3）制造管道，其树脂含量为35％ （ρR=1.20g/cm3），缠绕密度为3股/10 mm，试求缠绕层单层厚度? 2.15 试估算上题中单层板顺纤维方向和垂直纤维方向的抗拉弹性模量和抗拉强度。 2.16已知碳纤维密度为ρf=1.80g/cm3，树脂密度为ρR=1.25g/cm3，采用规格为300 g/m2的碳纤维布制作复合材料时，其树脂含量为32％，这样制作一层其CFRP的厚度为多少?其纤维体积含量为多少？ 2.17 某拉挤构件的腹板，厚度为5mm，采用±45°的玻璃纤维多轴向织物（面密
第三章 受弯构件正截面承载力计算习题及作业 一、思考题 1、 试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征，在设计中如何控制梁的破坏形态。 2、 什么是有效截面高度、相对受压区高度、界限相对受压区高度、最小配筋率和最大配筋 率？ 3、 梁的截面高度、截面宽度与哪些因素有关，设计中通常如何选取？ 4、 梁中共有几种钢筋，其作用分别是什么？ 5、 受弯构件计算中采用了几个基本假定，这些基本假定是什么？如何理解？ 6、 单筋矩形截面梁的计算方法是什么？对矩形截面受弯构件而言，为提高其受弯承载力， 可采取的措施有多少种？其中最有效的是哪种？ 7、 何时采用双筋截面梁？双筋截面梁的计算方法是什么？双筋截面梁有少筋或超筋问题 吗？如何在设计中进行控制？ 8、 T 形截面形成的原因？如何计算T 形截面最小配筋率，为什么？ 9、 T 形截面的计算方法是什么？工程中何时采用T 形截面进行计算？ 10、翼缘在受拉区的T 形截面对承载力有无影响？工程中还有无应用价值？若有价值何时采用？ 二、作业题 1、某办公楼一钢筋混凝土简支梁，梁的计算跨度m l 2.50 ，承受均布线荷载，其中可变荷载标准值为8m kN /，永久荷载标准值为9.5m kN /（不包括梁的自重），拟采用C30混凝土和HRB335级钢筋，结构安全等级为二级，环境类别为一类。钢筋混凝土容重为25m kN /3。试设计该构件所需的纵向钢筋面积，并选配钢筋。 2、某办公楼一矩形截面简支梁，截面尺寸为200X450mm 2 ，计算跨度4.5m ，承受均布荷载设计值为79kN/m （含自重）。结构安全等级为二级，环境类别为一类。混凝土强度等级C30，钢筋采用HRB500级。A 、试设计该梁？B 、若该梁已经配有HRB500级受压钢筋3 20，受拉钢 筋需要多少？ 3、已知梁截面尺寸为b ×h ＝250×500mm ，混凝土强度等级C30，纵向钢筋级别为HRB335，受压区配有216钢筋，受拉区配有625钢筋，试求该梁能够承受的极限弯矩是多少？ 4、一T 形截面梁，截面尺寸如图，混凝土强度等级C30，钢筋级别为HRB400，结构安全等级为二级，环境类别为一类。试按以下三种弯矩设计值M ，分别设计纵向受拉钢筋面积。 （1）M=300kNm(a s =40mm) （2）M=500kNm(a s =65mm) （1）M=600kNm(a s =65mm)
2014学年度第一学期课程考试 《复合材料》本科试卷（B卷） 注意事项：1. 本试卷共六大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。 一、选择题(30分，每题2分)【得 分：】 1.复合材料中的“碳钢”是（） A、玻璃纤维增强Al基复合材料。 B、玻璃纤维增强塑料。 C、碳纤维增强塑料。 D、氧化铝纤维增强塑料。 2.材料的比模量和比强度越高（） A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（） A、前者成本低 B、前者的拉伸强度好 C、前者原料来源广泛 D、前者加工更容易 4、Kevlar纤维（） A、由干喷湿纺法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到1000℃以上。 D、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维（） A、由化学沉积方法制成。 B、轴向强度较径向强度低。 C、强度性能可保持到3000℃以上。 D、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（） A、120℃以下 B、180℃以下 C、250℃以下 D、250℃以上
7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（） A、环氧树脂吸湿变脆。 B、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。 C、环氧树脂发生交联反应。 D、环氧树脂发生水解反应。 8、玻璃纤维（） A、由SiO 玻璃制成。 B、在所有纤维中具有最高的比弹性模量。 2 C、其强度比整块玻璃差。 D、价格贵、应用少。 9、生产锦纶纤维的主要原料有（） A、聚碳酸酯。 B、聚丙烯腈。 C、尼龙。 D、聚丙烯。 10、晶须（） A、其强度高于相应的本体材料。 B、长径比一般小于5。 C、直径为数十微米。 D、含有很少缺陷的长纤维。 11、对玻璃纤维和聚酰胺树脂构成的复合材料命名不正确的是（）。 A．玻璃纤维聚酰胺树脂复合材料 B．玻璃纤维/聚酰胺树脂复合材料 C．聚酰胺材料 D．聚酰胺基玻璃纤维复合材料 12、目前，复合材料使用量最大的增强纤维是（）。 A．碳纤维 B．氧化铝纤维 C．玻璃纤维 D．碳化硅纤维 13、目前，复合材料使用量最大的民用热固性树脂是（）。 A．环氧树脂 B．不饱和聚酯 C．酚醛树脂 D．尼龙14．聚合物基复合材料制备的大体过程不包括（） A．预浸料制造 B．制件的铺层 C．固化及后处理加工 D．干燥 15、有关环氧树脂，说法正确的是（） A、含有大量的双键 B、使用引发剂固化 C、使用胺类固化剂固化 D、属于热塑性塑料 二、判断题(20分，每题2分)【得分：】 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（） 5、复合材料具有可设计性。（）
复合材料结构设计的特点 (1) 复合材料既是一种材料又是一种结构 (2) 复合材料具有可设计性 (3) 复合材料结构设计包含材料设计 复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计） 具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除力学性能外的其他性能 复合材料力学性能的特点 (1) 各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹 )和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。 对于复合材料中的每个单层，纵向弹性模量E L、横向弹性模量E T、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT)、面内剪切弹性模量G LT。 耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合 (2) 非均质性 耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。 (3)层间强度低 在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。 研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。 上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。 平面应力状态与平面应变状态 平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0，τzx＝0，τzy ＝0） 平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0），τzx＝0(γ31＝0)，τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。 复合材料连接方式 复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。
第九章基础设计 9.1概述 基础是高层建筑结构的重要组成部分[F11,P164]。在整个工程中，基础部分的工程量大、造价高、工期长，同时，由于基础承托着上部结构的全部重量和外部作用力，又属于地下隐蔽工程，其设计和施工质量直接关系着建筑物的安危，一旦出事补救并非容易[F13,P2]。因此，应当充分认识到基础设计的重要性。 基础设计应满足以下要求：[F11,P187][F27,P511] ⒈基础的型式、构造和尺寸应能适应上部结构的需要，符合使用要求； ⒉基底压力不超过地基承载力或桩基承载力，基础总沉降量和差异沉降量应控制在允许值范围内； ⒊要有足够的强度、刚度和耐久性。 9.1.1基础选型 基础结构的型式很多[F13,P１]，选择哪一种基础型式，应根据建筑物的性质、上部结构的特点及荷载大小、工程地质、水文地质、施工条件、场地和环境等因素综合考虑、认真比较，不可机器套用。概括地说，要在保证安全和使用的前提下尽量选择施工周期较短及经济的方案。［F14，P326］地基－基础－上部结构是一个相互作用的整体，因此基础设计一定要考虑它们三者共同工作和相互制约的内在关系。当上部结构的刚度和整体性较差、地基软弱、不均匀时，基础刚度应适当加强；而上部结构刚度和整体性较好，地基较均匀，也不特别软弱时，基础的刚度要求可适当放宽。［F14，P326］ 目前我国高层建筑常用的基础型式主要有筏板基础、箱形基础和桩基础。
筏板基础适用于上部结构荷载较大、地基较好、无地下室或地下室使用空间要求灵活的房屋。箱形基础刚度大，整体性好，适用于软弱地基上的荷载大、对不均匀沉降或防水要求较高的情况。当基底以下持力层有足够的承载力[F13,P210]，并且地基沉降计算范围内土层的压缩性较低[F13,P76]，易满足沉降计算要求时，宜优先选用浅基础。当地基土质较差，采用上述各类基础仍不能满足设计要求或不经济时，宜采用桩基础。表9-1［F21，P265］列出了我国部分高层建筑的基础型式。 我国部分高层建筑基础现状表表9-1
小型数码产品结构设计指南 小型数码产品的结构设计是实现产品功能的关键，这不仅需要与产品外观相协调，更要考虑后序的生产装配、喷漆、喷绘、模具设计制造等各个方面。 小型数码产品的形体结构设计牵扯知识范围十分广泛，主要有： 1. 材料选用 ; 2. 表面处理 ; 3. 加工手段 ; 4. 包装装潢 ; 这些因素的运用直接影响着小型数码产品的生命和外观形象的变化。可以说设计者水平的高低决定了产品的生命力和产品的档次高低，高档次产品不一定是高造价，运用低造价设计出高档次的产品是设计者高水平高素质的体现。 1. 要评审造型设计是否合理可靠，包括制造方法，塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、结构强度，电路安装（和电路设计人员配合）等是否合理。 2. 根据造型要求确定制造工艺是否能实现。包括模具制造、产品装配、外壳的喷涂、丝印、材质选择、须采购的零件供应等。 3. 确定产品功能是否能实现，用户使用是否最佳。 4. 进行具体的结构设计、确定每个零件的制造工艺。要注意塑件的结构强度、安装定位、紧固方式、产品变型、元器件的安装定位、安规要求，确定最佳装配路线。 5. 结构设计要尽量减小模具设计和制造的难度，提高注塑生产的效率，最小限度的减低模具成本和生产成本。 6. 确定整个产品的生产工艺、检测手段，保证产品的可靠性。 一、塑料件的设计指南 1.工程塑料的性能简介： 1.1有些固态物质具有分子排布有序，致密堆积的特性，如食用盐，糖，石 英，矿物质和金属。其它表现为固态物质，并不形成有规则的晶体排列方式。 它们只是冷却成为无序的或随机的分子团，称为无定型聚合物。非晶体物质不是真正的固体，最普通的例子就是玻璃，它们只是过冷的，极端粘稠的液体。 塑料树脂可以分为结晶型和无定型的。结晶型是相对的概念，由于聚合物的分子链大而复杂，所以不能够向无机化合物那样有完美的晶体排列次序。
《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒 复合材料、纤维增强复合材料（fiber-reinforced composite）、层禾口 复合材料。 （1）颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶 '瓷O （2）层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 （3）纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高）碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模
《复合材料结构设计基础》课程介绍 一、课程简介 《复合材料结构设计基础》是复合材料与工程专业的承前启后的专业方向课，它包含材料力学基础、弹性力学基础、材料设计、结构设计等，因而是具有立体性质的一个科学领域。其主要任务是使学生掌握复合材料结构设计的基础理论、基本知识和基本技能。通过本科程学习，要求学生掌握复合材料经典层合板理论、刚度和强度的计算方法、复合材料结构元件的分析和典型产品结构设计的基本步骤和方法等内容，为后续专业课的学习以及从事复合材料领域的生产和科研奠定坚实的理论基础；学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。 课程的主要教学内容包括： 第一章绪论 学习了解什么是复合材料特别是什么是纤维增强树脂基复合材料；了解复合材料的发展历史及现状；了解复合材料的结构设计的特点。 第二章单层的刚度与强度 掌握平面应力状态下单轴的正轴应力-应变关系等。掌握单层的偏轴应力-应变关系；掌握单层弹性模量、柔量及工程弹性常数的计算。掌握单层的弹性指标和单层的失效准则。 第三章层合板的刚度与强度 掌握层合板的表示法、掌握对称层合板面内内力与面内应力的关系。掌握几种典型对称层合板的面内刚度系数的计算。了解对称层合板弯曲矩与曲率的关系、掌握对称层合板弯曲工程弹性常数及弯曲刚度系数的计算。了解一般层合板的面内力与面内应变的关系、了解一般层合板工程弹性常数、刚度系数的计算。掌握如何依据单层的强度来预测层合板的最先一层失效强度。 第四章复合材料结构分析 了解在复材构件进行结构分析时所采用的弹性力学的基本方法。了解复材层合梁、薄壁梁等构件的分析方法及设计计算的基本公式。 第五章复合材料连接 了解复材连接方式、掌握胶接连接接头的内力与应力分析计算方法、了解胶
混凝土结构设计原理第三章作业及参考资 料
第三章受弯构件正截面承载力计算习题及作业 一、思考题 1、试述少筋梁、适筋梁和超筋梁的破坏特征，在设计中如何控制梁的破坏形 态。 2、什么是有效截面高度、相对受压区高度、界限相对受压区高度、最小配筋率 和最大配筋率？ 3、梁的截面高度、截面宽度与哪些因素有关，设计中通常如何选取？ 4、梁中共有几种钢筋，其作用分别是什么？ 5、受弯构件计算中采用了几个基本假定，这些基本假定是什么？如何理解？ 6、单筋矩形截面梁的计算方法是什么？对矩形截面受弯构件而言，为提高其受 弯承载力，可采取的措施有多少种？其中最有效的是哪种？ 7、何时采用双筋截面梁？双筋截面梁的计算方法是什么？双筋截面梁有少筋或 超筋问题吗？如何在设计中进行控制？ 8、T形截面形成的原因？如何计算T形截面最小配筋率，为什么？ 9、T形截面的计算方法是什么？工程中何时采用T形截面进行计算？ 10、翼缘在受拉区的T形截面对承载力有无影响？工程中还有无应用价值？若有价值何时采用？ 二、作业题 1、某办公楼一钢筋混凝土简支梁，梁的计算跨度m ，承受均布线荷 l2.5 载，其中可变荷载标准值为8m kN/（不包括梁 kN/，永久荷载标准值为9.5m 的自重），拟采用C30混凝土和HRB335级钢筋，结构安全等级为二级，环境
类别为一类。钢筋混凝土容重为25m kN/3。试设计该构件所需的纵向钢筋面积，并选配钢筋。 2、某办公楼一矩形截面简支梁，截面尺寸为200X450mm2，计算跨度4.5m，承受均布荷载设计值为79kN/m（含自重）。结构安全等级为二级，环境类别为一类。混凝土强度等级C30，钢筋采用HRB500级。A、试设计该梁？B、若该梁已经配有HRB500级受压钢筋320，受拉钢筋需要多少？ 3、已知梁截面尺寸为b×h＝250×500mm，混凝土强度等级C30，纵向钢筋级别为HRB335，受压区配有216钢筋，受拉区配有625钢筋，试求该梁能够承受的极限弯矩是多少？ 4、一T形截面梁，截面尺寸如图，混凝土强度等级C30，钢筋级别为 HRB400，结构安全等级为二级，环境类别为一类。试按以下三种弯矩设计值M，分别设计纵向受拉钢筋面积。 （1）M=300kNm(a s=40mm) （2）M=500kNm(a s=65mm) （1）M=600kNm(a s=65mm) 以下为参考资料