复合材料结构分析86页PPT

传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键Байду номын сангаас
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公
差，以防按键手感不良。
§4.3 层合板与层合件设计
4.3.4 变厚度层合板设计
20
§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.2 设计许用值的定义与确定原则
金属材料设计许用值以应力表示，称设计许用应力 ；复合材料 结构的设计许用值选择应变，称设计许用应变。
确定设计许用值的一般原则： ★ 结构的拉伸设计许用值主要取决于含孔试样的许用值，结
构的压缩设计许用值主要取决于含冲击损伤试样的许用值。 ★ 薄蒙皮或薄面板蜂窝夹层结构设计许用值的确定，还需根
§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破 坏模式与设计 准则
（1）夹层结构破坏模式
37
§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破坏模式与设计准则
（2）夹层结构设计准则
◆ 在设计载荷下，面板的面内应力应小于材料强度，或在设计载荷下，面 板应变小于设计许用应变；
◆ 芯子应有足够的厚度（高度）及刚度 ； ◆ 芯子应有足够的弹性模量和平压强度，以及足够的芯子与面板平拉强度； ◆ 面板应足够厚，蜂窝芯格尺寸应合理； ◆ 应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷； ◆ 胶粘剂必须具有足够的胶接强度，同时还要考虑耐环境性能和老化性能； ◆ 碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题； ◆ 对雷达罩等有特殊要求的夹层结构，面板、芯子和胶粘剂选择必须考虑 电性能、阻燃、毒性和烟雾等特殊设计要求。

笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
一、复合材料的结构设计基础 （教材P8-9）
复合材料本身是非均质、各向异性材料，因此，复合材料力学在经典 非均质各向异性弹性力学基础上得到迅速发展。
复合材料不仅是材料，更确切的说是结构。
一次结构
固体力学
二次结构
三次结构
动载荷：指能使构件产生较大的加速度，并且不能忽略 由此而产生的惯性力的载荷。
结构的可靠性与经济性
图2：结构成本与可靠性的关系 结构可靠性分析可分为结构静强度可靠性和结构疲劳寿命可靠性。
总成本最低时（即经济性最好）的可靠性为最合理。
环境条件
力学条件：加速度、冲击、振动、声音等
物理条件：压力、温度、湿度等
（2）刚度预测与核定 理论推测，实验核定。
（3）强度预测与核定 横向强度预测困难，以实验为准。 纵向拉伸强度(纤维延伸率小，首先断裂)
c f max Vf mVm 纤维量多，取决于纤维
c mmax Vm
纤维量少，取决于基体
纵向压缩强度
c 2V f
Vf E f Em 3 (1 V f )
气象条件：风雨、冰雪、日光等 大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙 等
条件①和②主要影响结构的强度和刚度， 条件③和④主要影响结构的腐蚀、磨损、老化等。
材料设计，通常是指用几种原材料组合成具有所 要求性能的材料的过程。原材料包括基体材料和 增强材料。
材料设计包括原材料选择、单层性能的确定和复 合材料层合板设计。
①高强度，高刚度 高性能CF、BF
②高抗冲击
GF、KF
③低温性能
CF
④尺寸稳定
KF、CF
⑤透波，吸波

复合材料的热膨胀系数通常低于单一材料，使其在温度变化时能保 持较好的尺寸稳定性。
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
04
复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。

因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变 大于基体的失效应变。
.
2、高温力学性能 室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模
量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然 后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升 高从室温的137GPa降到850℃的80 GPa。这一变化显然与 材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。
其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或 增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此 也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相 对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
1、室温力学性能
对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的 失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起 的开裂。 材料的拉伸失效有两种：
第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基 体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。
第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维 扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾 部脱粘。
.
复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：
(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能， 具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料， 既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性 材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。 (3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可 避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料 已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件 、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制 造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意 的使用效果。

建筑领域
建筑领域需要使用大量的结构材料，如钢筋混凝土 、木材等，复合材料可以替代这些传统材料。
复合材料可以用于制造建筑物的结构框架、墙体、 屋顶等部件，提高建筑物的强度和耐久性。
复合材料还可以用于制造桥梁、高速公路等大型 基础设施项目。
其他应用领域
除了上述领域，复合材料还可以应用于其他许多 领域。
汽车制造领域
1
汽车制造是复合材料的重要应用领域之一。
2
复合材料可以用于制造汽车的外壳、车轮、座 椅、内饰等部件。
3
ห้องสมุดไป่ตู้
复合材料的应用可以降低汽车的质量和成本， 提高汽车的燃油效率和安全性。
航空航天领域
01
航空航天领域对材料的要求极高，因此复合材料在航空航天领 域的应用也十分广泛。
02
复合材料可以用于制造机翼、机身、起落架等重要部件，提高
生产成本的挑战
复合材料的制备需要使用大量的原材料和能源，生产成本较高，而且生产过程中易产生环 境污染，因此需要采取有效的成本控制和环保措施。
应用领域的挑战
复合材料在不同的应用领域中具有不同的性能要求，需要根据具体的应用场景来设计材料 的组成和结构，这需要投入大量的研发和试验工作。
复合材料面临的机遇
复合材料的性能与特点
复合材料的性能
复合材料的性能取决于其组成和结构，具有优于单一材料的力学性能、热学性能 、化学稳定性等。
复合材料的特点
复合材料具有可设计性、可制备性、高强度和刚度、耐腐蚀和高温等特性，可满 足不同的应用需求。
02
复合材料的制造工艺
复合材料的制造工艺类型
热压罐成型工艺
使用热压罐将预浸料在高温高压下 固化成型的工艺。

陶瓷隔音材料
生物陶瓷
能自然降解的红陶
纳米层状无机抗菌防菌 功能鞋垫、保健袜
蜂窝陶瓷
堇青石蜂窝陶瓷外观
联想.质疑
运动员在撑杆跳项目中使用的撑杆极富 弹性,这三种材料能满足要求吗? “神州五号”载人飞船穿过大气层时,外 壳和大气层摩擦产生几千摄氏度的高温, 这些材料又能否经受这种考验而使飞船 安然无恙?
4.航天航空领域中的复合材料的基体和增强体分别 是什么?有什么性能?
形 形 色 色 的 复 合
你知道吗
还有哪些复合材料?
请你谈谈复合材料在社会发展 中的作用?
环保复合材料制造的组合式轻体粮仓来自小结
认识复合材料的组成和特性。 了解常见复合材料的基体和增强体,在生 产生活及航天航空领域中的应用。 认识到化学研究在人类社会的发展中起到 举足轻重的作用。
再
见
1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更失败。1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。14、成长是一场和自己的比赛，不要担心别人会做得比你好，你只需要每天都做得比前一天好就可以了。 15、最终你相信什么就能成为什么。因为世界上最可怕的二个词，一个叫执着，一个叫认真，认真的人改变自己，执着的人改变命运。只要在路上，就没有到不了的地方。 16、你若坚持，定会发光，时间是所向披靡的武器，它能集腋成裘，也能聚沙成塔，将人生的不可能都变成可能。 17、人生，就要活得漂亮，走得铿锵。自己不奋斗，终归是摆设。无论你是谁，宁可做拼搏的失败者 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更5、别着急要结果，先问自己够不够格，付出要配得上结果，工夫到位了，结果自然就出来了。 6、你没那么多观众，别那么累。做一个简单的人，踏实而务实。不沉溺幻想，更不庸人自扰。 7、别人对你好，你要争气，图日后有能力有所报答，别人对你不好，你更要争气望有朝一日，能够扬眉吐气。 8、奋斗的路上，时间总是过得很快，目前的困难和麻烦是很多，但是只要不忘初心，脚踏实地一步一步的朝着目标前进，最后的结局交给时间来定夺。 9、运气是努力的附属品。没有经过实力的原始积累，给你运气你也抓不住。上天给予每个人的都一样，但每个人的准备却不一样。不要羡慕那些总能撞大运的人，你必须很努力，才能遇上好运气。 10、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。失败。11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德 12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗 13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚 14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰 15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基 16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁 17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东 18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁 19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫· 托尔斯泰 20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰· 贝勒斯 22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根 23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基 24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东 25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基、学习外语并不难，学习外语就像交朋友一样，朋友是越交越熟的，天天见面，朋友之间就亲密无间了。——高士其 2、对世界上的一切学问与知识的掌握也并非难事，只要持之以恒地学习，努力掌握规律，达到熟悉的境地，就能融会贯通，运用自如了。——高士其 3、学和行本来是有联系着的，学了必须要想，想通了就要行，要在行的当中才能看出自己是否真正学到了手。否则读书虽多，只是成为一座死书库。——谢觉哉、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。 13、你想过普通的生活，就会遇到普通的挫折。你想过最好的生活，就一定会遇上最强的伤害。这个世界很公平，想要最好，就一定会给你最痛。

原有材料的特点，又使各组分间 协同作用，形成了优于原材料的 特性。
4 复合材料的分类：
（1）按基体分类
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
（2）按增强体 的形状分类
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
二 形形色色的复合材料
1 生产､生活中常用的复合材料
常见的复合材料有玻璃钢和 碳纤维增强复合材料。
玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树 脂做基体的复合材料。
优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，
而密度只有钢铁的1/5左右；同时，这种材料保持着 较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能， 而且又不像普通玻璃那样硬脆。
玻璃钢制品
交流·研讨
你经常打羽毛球吗？现在羽毛球使用的大 多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金 球拍，人们还曾使用过木制球拍。
3．胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体， 延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血 糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基 酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基， 则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效 胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材 料有哪 些优越性？它为什么会具有这些 优越性？
• 碳纤维增强体 • 碳纤维复合材料
• 合成树脂做基体 优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。
• 碳纤维增强复合材料也广泛应用于纺织机 械和化工机械的制造，以及医学上人体组 织中韧带的制作等。
2 航空、航天领域中的复合材料
本节教材小结 复 合 材 料
认识复合材料
基体 增强体
形形色色的复合材料

复合材料第四章复合材料 界面幻灯片PPT
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4.1 概 述
复合材料的界面是指基体与增强物之间化学成分 有显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作 用的微小区域。
Al2O3纤维/ 钛 硼纤维/ 钛
硼纤维/ 钛-铝 SiC纤维/ 钛 SiO2纤维/ 铝
金属基纤维复合材料的几种界面结合形式：
不同的界面结合形式形成不同的界面类型：
〔1〕机械结合〔物理结合〕……产生类型Ⅰ界面
定义：基体与增强体之间仅仅依靠纯粹的粗糙外 表相互嵌入〔互锁〕作用，以及借助基体收缩应力 包紧纤维时产生的摩擦而进展的连接，称为机械结 合。
溶解与浸润结合的要求：为了到达润湿，纤维外表应当作 适当处理，首先应除去污染物、吸附的气体和工艺涂层 (如纺织型浸润剂)，其次通过外表处理形成外表润湿层、 阻挡层，或使增强材料形成利于机械结合的粗糙外表。
〔3〕反响结合………产生类型Ⅲ界面
定义：基体与纤维间发生化学反响，在界面上形成 一种新的化合物而产生的结合称为反响结合。这是 一种最复杂、最重要的结合方式。
类型Ⅲ
纤维与基体互相反应形 成界面反应层
钨丝/ 铜 Al2O3纤维 / 铜 Al2O3纤维 / 银 硼纤维（表面涂BN）/ 铝 不锈钢丝/ 铝 SiC纤维（CVD）/ 铝
硼纤维 / 铝 硼纤维 / 镁
镀铬的钨丝/ 铜 碳纤维 / 镍 钨丝/ 镍
合金共晶体丝/ 同一合金
钨丝/铜-钛合金
碳纤维/ 铝（＞580℃）
研究复合材料界面的组成、构造、控制、性能和 改进界面相的工作被称为“界面工程〞。

基体材料选择
如环氧树脂、聚酰胺、聚酯等，具有良好的粘结性、耐腐蚀性等 特点。
原材料预处理
包括清洗、干燥、剪裁、浸润等步骤，以确保原材料的质量和性 能。
成型工艺方法介绍
手糊成型
喷射成型
将纤维增强材料和基体材料手工逐层铺设在 模具上，通过手工涂刷或喷涂基体材料，形 成复合材料制品。
利用喷枪将基体材料和短切纤维同时喷向模 具表面，形成复合材料层。
复合材料可用于制造汽车发动机罩、底盘护板等部件，具 有减振、降噪和提高耐久性等优点。
建筑领域应用
结构构件
复合材料用于制造建筑结构如梁、板、柱等，具有轻质高强、耐腐蚀和耐候性等优点，如纤 维增强混凝土（FRC）在建筑中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
内饰部件 复合材料可用于制造汽车座椅、仪表盘、门板等内饰部件， 提高舒适性和美观度，如玻璃纤维增强塑料（GFRP）在 内饰中的应用。
发动机和底盘部件
光子复合材料
能够调控光的传播路径和性质， 具有隐身、光学存储等智能特性， 在光通信、光计算等领域具有重 要应用价值。
THANKS
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《复合材料》PPT课件
目录
contents
• 复合材料概述 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备工艺 • 复合材料的性能特点 • 复合材料的应用实例分析 • 复合材料的未来发展趋势
01
复合材料概述
定义与分类
定义

环氧树脂
定义：含有两个以上环氧基的高聚物 分类：双酚A型环氧树脂，非双酚A型环 氧树脂，脂肪族环氧树脂和酯环族环氧 等
酚醛树脂
含炭量高，可用于制造耐烧蚀材料 价格便宜，吸附性不好，收缩率高，成 型压力高，制品空隙含量高。
热塑性树脂
PE、PP、PVC、PS等
聚酰胺、聚碳酸酯及聚砜等
博采众长
巧夺天工
1+1＞2
1 绪论
发展历程：古代 — 近代 — 先进复合材料
古代：草梗合泥筑墙、漆器（麻纤维+土漆） 近代：玻璃纤维增强塑料（1940年～1960年） 先进复合材料（1960年～） ：
碳纤维、Kevlar增强环氧树脂
碳纤维增强金属基复合材料
陶瓷基复合材料、功能复合材料、智能复合 材料
•颗粒增强体成本低，易于批量生产
表5-1 几种增强材料的性能
Specific Density Tensile Modulus of Specific Elasticity Modulus Strength Material (g/cm3) Strength (ksi) (×106psi ) (×107 in. ) (×106 in. ) Polymers: Kevlar 1.44 650 18.0 34.7 12.5 0.97 480 25.0 13.7 71.0
延性颗粒增强体（Ductile Particle Reinforcement）
主要为金属颗粒，加入到陶瓷基体和玻璃陶瓷基体中增强其 韧性，如Al2O3中加入Al，WC中加入Co等。金属颗粒的加 入使材料的韧性显著提高，但高温力学性能会有所下降。
•颗粒增强体的特点是选材方便，可根据不同的性能要求选 用不同的颗粒增强体。

1.合金： (1)合金。 ①形成：是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合 而成的。 ②性质特点：具有_金__属__特__性__。
(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械 性能。 ①熔点：一般比它的各成分金属的_低__。 ②硬度和强度：一般比它的各成分金属的_大__。 如生铁的熔点比纯铁的熔点_低__。
1.单质铜的化学性质：
(1)与非金属的反应(写出化学方程式)：
①与O2反应
加热：_2_C_u_+_O_2 _=_=_△=_=__2_C_u_O_。
常温下在潮湿的空气中：
2Cu+O2+H2O+CO2====Cu2(OH)2CO3。
△
②与S反应：2Cu+S ====Cu2S ③与Cl2反应：_C_u_+_C_l_2_=_=△_=_=_C_u_C_l__2 (_棕__黄__色烟)。
2.常见的金属材料：
铁、铬、锰
黑色金属
(1)重要的黑色金属材料——钢：
(2)常见的有色金属材料：
金属或 合金 铝
铝合金
铜
性能
良好的_延__展__性、_导__热__ 性和_导__电__性
密度小、强度高、塑性 好、易于成型、制造工 艺简单、成本低廉 良好的_延__展__性、_导__电__ 性和_导__热__性
(2)与氧化性酸的反应(写出相应的化学方程式)：
与浓硫酸的反应：
_C_u_+_2_H_2S_O_4_(_浓__)_=_=_△=__=__C_u_S_O_4_+_S_O_2↑__+_2_H_2_O_。
与浓硝酸的反应： _C_u_+_4_H_N_O_3(_浓__)_=_=_=_=_C_u_(_N_O_3_)_2_+_2_N_O_2↑__+_2_H_2_O_。

铺层优化设计
通过调整复合材料的铺层顺序、纤维方向和厚度分布等参数，实现结构的最优化。
制造工艺优化
针对复合材料的制造工艺进行优化，提高生产效率和产品质量。
试验验证与反馈
对优化后的复合材料结构进行试验验证，并将结果反馈至设计阶段，不断完善和优化设计方案。
优化设计策略探讨
06
CHAPTER
复合材料加工与制造技术
自动铺放技术及应用实例
自动铺放技术概述
自动铺放技术是一种高效、精确的复合材料制造方法，主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。
应用实例
自动铺放技术在航空航天、汽车、船舶等领域具有广泛应用。例如，在航空航天领域，自动铺放技术可用于制造飞机机翼、机身等部件，提高生产效率和产品质量。
树脂传递模塑（RTM）是一种闭模成型技术，将低粘度树脂注入到闭合模具中，浸润增强材料并固化成型。
航空航天领域
汽车工业领域
体育器材领域
分享汽车轻量化设计中的复合材料应用案例，如车身、底盘、发动机罩等部件。
介绍高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育器材中复合材料的设计与应用。
03案例分享
01
02
03
04
有限元分析
利用有限元分析方法对复合材料结构进行力学性能和热学性能分析，以指导优化设计。
07
CHAPTER
复合材料回收利用与环保问题探讨
当前复合材料回收利用率较低，大量废弃物未得到有效利用。
回收利用率低
复合材料种类繁多，回收处理技术复杂，难以实现高效、低成本回收。
技术挑战
缺乏成熟的复合材料回收市场，回收产业链尚不健全。
市场机制不完善
回收利用现状及挑战
生产成本增加
环保法规的实施导致企业生产成本增加，对产业发展带来一定压力。

复合材料夹层结构分析
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表1 几种常用板材重量刚性比较
板材种类
厚度(mm)
铝蜂窝夹层板 20
铝板
12.5
钢板
8.75
弯曲刚度 N(m^2/m)
重量(kg)
1.15 x 10^6 6.3 1.15 x 10^6 33.8 1.15 x 10^6 68.7
表2 铝蜂窝板抗风压力能力
比刚度
10.8 5.3 1.0
• 2)具有良好的吸声,隔声,隔热性能
• 3)具有大的屈曲临界载荷
• 4)对湿热环境敏感,设计时要防潮密封
• 5)面板对低能冲击敏感
• 6)修补困难
复合材料夹层结构分析
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2 夹层材料
面板
选择面板时，主要考虑的是材料的刚度和强度，
• 可选择铝、不锈钢、玻璃钢、天然石材、防火 板装饰板、喷塑金属板,复合材料等，以满足不同 的使用要求。
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聚氯乙烯PVC泡沫
• 聚氯乙烯PVC泡沫是一种闭孔泡沫。严格的讲，它实际上 是PVC和聚氨酯混合物，但常常都简单的说成PVC泡沫。
• PVC泡沫具有综合的静力和动力性能，不易受潮。使用温 度在-240℃－＋80℃，并且能够耐多种化学物质腐蚀。
• 尽管PVC泡沫是可燃材料，但是阻燃类型的PVC泡沫可以 在具有防火严格要求的结构中，例如列车。
• 在夹层结构中，使用低密度夹心材料增加层合板 的厚度，从而达到提高材料刚度的目的。
• 这样在重量增加很少的前提下，大幅度的提高结 构的刚度。
复合材料夹层结构分析
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一 夹层结构的原理
• 在弯曲荷载下，
•
面层材料主要承担拉应力和压应力，
•
芯材主要承担剪切应力，

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（2）复合材料的特性 一般特性： a. 可设计性 b. 构件复合与成型一次性完成，整体性好 c. 性能分散性大，性能对工艺工程及工艺参数甚至一些 偶然性因素都十分敏感，难以精确控制结构和性能 d. 复合效应（多种复合效应）
一般性能特点： a. 比强度、比模量大 b. 破坏安全性高 c. 耐疲劳性好 d. 阻尼减震性好 e. 耐烧蚀性能好
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2、纤维―树脂复合材料 （1）玻璃纤维―树脂复合材料
缺点：脆性大、易氧化
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（3）硼纤维 它是用化学沉积法将非晶态的硼涂覆到钨丝上而制得的。具有高熔点 （ 2300℃ ） 、 高 强 度 （ 2450 ～ 2750MPa ） 、 高 弹 性 模 量 （ 3.8 ～ 4.9×105MPa）。具有良好的抗氧化性、耐蚀性。 缺点：密度大、直径较粗及生产工艺复杂、成本高、价格昂贵。
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（4）碳化硅纤维 它是用碳纤维作底丝，通过气相沉积法而制得。具有高熔点、高强度、 高弹性模量。其突出特点是具有优良的高温强度，在1100℃时其强度仍高达 2100MPa。
（5）Kevlar有机纤维（芳纶、聚芳酰胺纤维） 特点：比强度、比模量高；其强度可达2800～3700MPa；密度小，只 有1.45 g/㎝3；耐热性比玻璃纤维好。它还具有优良的抗疲劳性、耐蚀性、 绝缘性和加工性。
金 玻 纤维
属 材
璃 颗粒
料
纤维
碳
炭黑
有机 有机纤维
高分 子材
塑料
料 橡胶
金属材料 纤维/金属基复合材料 晶须/金属基复合材料
连续相 无机非金属材料 钢丝/水泥复合材料 晶须/陶瓷基复合材料
纤维/金属基复合材料 晶须/金属基复合材料

性能（与基体相比）—— 强度，疲劳性能，韧性， 耐蚀，蠕变抗力高。
用途 —— 火箭外壳 ，齿轮，轴承，活塞，密封圈，
化工容器。
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硼纤维树脂复合材料
增强剂 —— 硼纤维, σb=2750～3140MPa，E=382～ 392MPa（4倍于玻纤）。
基体 —— 环氧树脂等。
性能 —— 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬 度和弹性模量高，耐辐射, 化学稳定（水, 有 机溶剂, 燃料, 润滑剂）, 导热性能和导电性 能好。
用途 —— 航空和宇航材料。-
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硼纤维金属复合材料
基体 —铝镁及其合金，钛及其合金。
性能 —如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳 极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛 合金 。
用途 —航空、火箭 。
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9.4 复合材料在设计中的应用
聚合物基纤维增强复合材料
通常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材 料。
这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的 提高，比强度也高得多。
材料种类
纵向抗拉强 度 MPa
纵向弹性模 量 GPa
环氧树脂
69
6.9
环氧树脂 / E级玻璃纤维
1020
45
环氧树脂 / 碳纤维（高弹性） 1240
常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁 合金。
作为增强体的连续纤维主要有硼纤维、SiC 和C纤维；Al2O3纤维通常以短纤维的形式用 于MMC中。
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纤维增强陶瓷复合材料
陶瓷材料耐热、耐磨、耐 蚀、抗氧化，但韧性低、 难加工。在陶瓷材料中加 入纤维增强，能大幅度提 高强度，改善韧性，并提 高使用温度。
基体材料和增强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。