第2章复合材料的复合效应

《复合材料及工艺》复习提纲第一章、绪论1.了解复合材料的定义、分类及应用。

答：（ 1）定义：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合阳成的一种多相固体材料。

（2）分类：聚合物基复合材料（PMC）: 热固性树脂基、热塑性树脂基、橡胶基金属基复合材料（MMC）：轻金加基、高熔点金属基、金加间化合物基陶瓷基复合材料（CMC）：高温陶瓷基、玻璃基、玻璃陶瓷基水泥基复合材料（CeMC）碳基体复合材料（C/C）按功能分：结构复合材料和功能复合材料（3）应用：航空航天，一般工业（汽车、化工、建筑、机械、船舶等），体育用品，生物医学，其他。

2.FRP、GFRP、FRTP 各代表什么意思。

答： FRP： fiber reinforced plastics,纤维增强塑料；GFRP： glass fiber reinforced plastics,玻璃纤维增强幫料；FRTP： fiber reinforced thermal plastics,纤维增强热塑性塑料。

3.什么是 ACM? 其判据是什么？答： ACM ： advanced composite materials,先进复合材料。

先进复合材料是以碳纤维、硼纤维、芳纶纤维作为增强体，具有高的比强度、比模虽: 、剪切强度和剪切模量、高温性能、耐热性的复合材料。

判断依据：比强度 =强度 / 材料密度比强度2（4X106cm）单位量纲（cm）比模量 =模量 / 材料密度比模量$（4X108cm）单位量纲（cm）第二章、复合材料理论基础1.（1）复合材料中增强体的作用是什么？常见的增强体有哪些（至少列出6 种）？答：增强体是指在复合材料屮骑着增加强度、改善性能作用的组分。

复合材料屮增强体主要分为：纤维、晶须和颗粒等。

纤维增强体可分为：无机纤维和有机纤维无机纤维（玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、硼纤维）有机纤维（芳纶纤维、尼龙纤维、聚烯坯纤维）（2）最常见的玻纤是什么？其网络结构假说赋予它什么特性？答：无碱玻纤（E-玻纤）结构假说：微品结构假说和网络结构假说。

《复合材料》课程笔记第一章：复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代，人们使用天然纤维（如草、木）与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料，例如草绳、土木结构等。

然而，现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代，当时因航空工业的需求，发展了玻璃纤维增强塑料（俗称玻璃钢）。

此后，复合材料技术经历了多个发展阶段，包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。

70年代，芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。

这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，形成了各种具有特色的复合材料。

1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。

复合材料具有以下特点：- 重量轻：复合材料通常具有较低的密度，比传统材料轻，有利于减轻结构重量。

例如，碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。

- 强度高：复合材料可以承受较大的力和压力，具有较高的强度和刚度。

例如，碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。

- 加工成型方便：复合材料可以通过各种成型工艺进行加工，如缠绕、喷射、模压等。

这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。

- 弹性优良：复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能，能够吸收能量并减少损伤。

例如，橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。

- 耐化学腐蚀和耐候性好：复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力，适用于恶劣环境下的应用。

例如，聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。

1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能，它们在各个领域得到了广泛的应用。

主要应用领域包括：- 航空航天：飞机、卫星、火箭等结构部件。

复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料，能够提高飞行器的性能和燃油效率。

复合材料-复习材料及答案复合材料第⼀章1、材料科技⼯作者的⼯作主要体现在哪些⽅⾯？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良特性的复合材料。

2、复合材料的定义（名词解释）复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合⽽成的⼀种多相固体材料。

3、复合材料的分类（填空题）⑴按基体材料分类①聚合物基复合材料；②⾦属基复合材料；③⽆机⾮⾦属基复合材料。

⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③⽚材增强复合材料；④叠层复合材料。

4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴⼀次结构：是指由基体和增强材料复合⽽成的单层复合材料，其⼒学性能取决于组分材料的⼒学性能，各相材料的形态、分布和含量及界⾯的性能；⑵⼆次结构：是指由单层材料层合⽽成的层合体，其⼒学性能取决于单层材料的⼒学性能和铺层⼏何（各单层的厚度、铺设⽅向、铺层序列）；⑶三次结构：是指⼯程结构或产品结构，其⼒学性能取决于层合体的⼒学性能和结构⼏何。

5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。

第⼆章1、复合材料界⾯对其性能起很⼤影响，界⾯的机能可归纳为哪⼏种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界⾯将外⼒传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作⽤。

②阻断效应：适当的界⾯有阻⽌裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应⼒集中的作⽤。

③不连续效应：在界⾯上产⽣物理性能的不连续性和界⾯摩擦出现的现象。

④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界⾯产⽣散射和吸收。

⑤诱导效应：复合材料中的⼀种组元的表⾯结构使另⼀种与之接触的物质的结构由于诱导作⽤⽽发⽣变化。

2、对于聚合物基复合材料，其界⾯的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。

3、界⾯作⽤机理界⾯作⽤机理是指界⾯发挥作⽤的微观机理。

第二章单向层合板的正轴刚度本章的一些讲法与讲义次序不同，请同学们注意，另外一些在材料力已阐明的概念，如应力、应变等在这里不再强调，希望大家能自学与复习。

§2—1 正交各向异性材料的特点●各向同性材料●各向异性材料我们这里所指的各向异性材料的特点仅仅是指在不同方向上材料的力学性质不同（机械性能）。

●正交各向异性材料正交各向异性材料是一种特殊的各向异性材料。

其特点为: 这类材料有三个互相垂直的弹性对称面（与弹性对称面对称的点性质相同），在平行方向上的弹性质(力学特性)均相同。

如多层单向板，当不考虑纤维与基体性质的不均匀性，粘结层又很薄可以忽略，即把它写作“连续匀质”材料看，则三个弹性对称面分别为：与单层平行的面及与它垂直的纵向、横向的两个切面。

板上任何两点，在平行方向上的力学性质是一样的。

把这三个弹性平面相交的三个轴称为弹性主轴，也称为正轴。

下图是一种典型的正交个向异性材料，当厚度很小时可处理为正交个向异性板。

用宏观力学处理连续纤维增强复合材料层压板结构时，总是把单向层板作为基本单元来分析层合板。

层合板的组成增强纤维排列方向一致所粘合的薄层称单向(单层)板（层），有时把很多单层粘合在一起，各层的纤维排列方向均一致，也称单向板。

正轴的弹性常数正交各向异性弹性体，1、2、3轴为它的弹性主轴，则沿这三个轴共有9各独立弹性常数。

1E 、2E 、3E ——杨氏模量； 12G 、13G 、23G ——剪切模量； 21v 、31v 、32v ——泊松系数。

21v 表示在1方向拉伸时在2方向产生的收缩效应系数；同样，12v 表示在2方向拉伸时在1方产生的收缩效应系数。

1221v v ≠ 这点与各向同性材料不同。

并有关系式212121E v E v = 313131E v E v = 323232E v E v = ∴ 12v、13v 、23v 是不独立的系数。

顺便指出，有的文献定义12v 为1方向拉伸时在2方向的收缩系数。

图2-1复合材料的结构图2-1复合材料的结构
图2-2几种典型复合材料结构
7混合效应也称平均效应，是组份材料性能取长
单向连续纤维增强复合材料模型
14
(3)泊松比
12,I I νν
30
时对应的基
39当纤维体积含量太小时，复合材料的
破坏由基体控制，其纵向拉伸强度
mt f
为了修正误差，可采用基体模量前乘以小于1的修正系数β，即
βυ
E E
2-9单根纤维埋入基体模型受力前后变形示意图
2-10 平行于外载荷的伸直不连续纤维微元体的平衡
(a)受力前b)受力后
2-12 理想塑性基体的剪应力一应变曲线
max
()2f f t s
L d στ=能够达到连续纤维应力时的最短纤维长度定义为载荷传递长度Lt ，可以得到：
物理关系为
11C
εβ=1
f C σεβ=
+。

复合材料期末复习资料————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:复合材料C 复习第一章概论1. 复合材料的定义？复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。

三要素：基体(连续相）增强体(分散相）界面（基体起粘结作用并起传递应力和增韧作用）复合材料的特点：（明显界面、保留各组分固有物化特性、复合效应，可设计性）(嵌段聚合物、接枝共聚物、合金：是不是复合材料？？)2、复合材料的命名ｆ（纤维）,ｗ(晶须）,p(颗粒) 比如: ＴiO2p/Aｌ3. 复合材料的分类:1) 按基体材料类型分为:聚合物基复合材料;金属基复合材料;无机非金属基复合材料(陶瓷基复合材料)。

2)按增强材料分为:玻璃纤维增强复合材料;碳纤维增强复合材料;有机纤维增强复合材料;晶须增强复合材料;陶瓷颗粒增强复合材料。

3) 按用途分为：功能复合材料和结构复合材料。

结构复合材料主要用做承载力和此承载力结构，要求它质量轻、强度和刚度高，且能承受一定温度。

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,即具有各种电学性能、磁学性能、光学性能、声学性能、摩擦性能、阻尼性能以及化学分离性能等的复合材料。

第二章增强体１、增强体定义:结合在基体内、用以改进其力学等综合性能的高强度材料。

要求：1) 增强体能明显提高基体某种所需性能；2) 增强体具有良好的化学稳定性;３) 与基体有良好润湿性。

分类：f，w,p２、纤维类增强体特点：长径比较大；柔曲性；高强度。

❖玻璃纤维主要成分:ＳiO２性能：拉伸强度高；较强耐腐蚀;绝热性能好。

（玻璃纤维高强的原因(微裂纹)及影响因素(强度提升策略:减小直径、减少长度、降低含碱量,缩短存储时间、降低湿度等）)分类：无碱（Ｅ玻璃）、有碱（Ａ玻璃）制备: 坩埚法（制球和拉丝)、池窑法(熔融拉丝)。

复合材料原理作业习题第一章绪论1 复合材料的定义是什么？2 简述基体与增强体（功能体）的作用。

3 简述聚合物基体性能特点。

第二章复合材料的复合效应1 复合效应分为那几类并对其进行简述。

2 请介绍几种常见的两相复合材料的连通情况。

3 请列举结构效果的几种类型并对其进行简述。

第三章复合材料的界面状态解析1. 复合材料界面效应可以分为哪几类并对其简述。

2. 复合材料界面的研究对象包括哪些方面？3. 物理吸附与化学吸附的定义是什么？简述二者的区别。

4. 界面特性对复合材料性能的影响主要体现在哪些方面？第四章复合体系的界面结合特性1. 目前树脂基复合材料的界面结合理论主要有哪几种？并对其概念与缺点进行简述。

2. 树脂基复合材料界面破坏机理主要分为哪几种？并对水介质引起界面破坏的机理进行简述。

3. 复合材料的界面分析技术主要有哪几种？这些方法分别适合分析界面的什么特点？第五章复合体系的典型界面反应1. 以硅烷偶联剂为例，说明玻璃纤维-聚合物复合体系的界面反应过程。

2. 简述碳纤维的氧化过程，并举例说明碳纤维-环氧树脂复合体系的界面反应过程。

第六章复合材料的界面处理技术1. 简述偶联剂的定义、分类与应用范围。

2. 硅烷偶联剂的一般结构通式是什么？硅烷偶联剂处理玻璃纤维时，经历哪几个阶段，以化学反应简式说明。

3. 玻璃纤维表面处理方法有几种？简述其处理过程及处理效果的影响因素。

4. 简述钛酸酯偶联剂的结构、类型及其偶联机理。

第七章复合材料力学性能的复合规律1. 复合材料的力学复合从不同的研究角度可以分为微观力学和宏观力学，二者的定义与区别是什么？2. 衡量材料断裂韧性的参数及其定义是什么？3. 粒子的表面活性对粒子-聚合物复合材料的界面及力学强度有什么影响？第八章复合材料物理和化学性能的复合规律1. 表征聚合物基体的物理量是什么？热变形温度的定义是什么？2. 判定聚合物阻燃性的物理量及其定义是什么？常用的阻燃剂主要有哪几种？简述其各自的阻燃机理。

第二章复合材料的复合效应第一节复合效应概述复合材料的复合原理是研究复合材料的结构特性、开拓新材料领域的基础。

耦合：不同性质材料之间的相互作用。

→复合材料性能与结构的协同相长特性（即复合后的材料性能优于每个单独组分的性能）。

从力学、物理学上理解复合材料多样性的基础。

拟解决的问题：寻找材料复合的一般规律。

研究增强机理。

一、材料的复合效应线性效应：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应。

非线性效应：相乘效应、诱导效应、共振效应、系统效应。

复合效应是复合材料的研究对象和重要内容，也是开拓新型复合材料、特别是功能型复合材料的基础理论问题。

非线性效应尚未被充分认识和利用，有待于研究和开发。

1、平均效应：P c=P m V m+P f V f（P：材料性能；V：材料体积含量；c：复合材料；m：基体；f：增强体或功能体）应用：力学性能中的弹性模量、线膨胀率等结构不敏感特性；热传导、电导等物理常数。

例：复合材料的弹性模量：E c=E m V m+E f V f（混合定律）2、相补效应：性能互补→提高综合性能。

例：脆性高强度纤维与韧性基体复合，适宜的结合形成复合材料。

→性能显示为增强体与基体互补。

3、相乘效应：X/Y·Y/Z=X/Z（X、Y、Z：物理性能）两种具有转换效应的材料复合→发生相乘效应→设计功能复合材料。

例：磁电效应（对材料施加磁场产生电流）——传感器，电子回路元件中应用。

压电体BaTiO3与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4烧结而成的复合材料。

对该材料施加磁场时会在铁氧体中产生压力，此压力传递到BaTiO3，就会在复合材料中产生电场。

最大输出已达103V·A。

单一成分的Cr2O3也有磁电效应，但最大输出只有约170V·A。

4、共振效应：两个相邻的材料在一定条件下，产生机械的、电的、磁的共振。

应用：改变复合材料某一部位的结构→复合材料固有频率的改变→避免材料工作时引起的破坏。

吸波材料：调整复合材料的固有频率，吸收外来波。

《复合材料概论》心得与总结卫琦 1306030118通过学习《复合材料概论》，我了解了复合材料的命名、分类以及复合材料的基本性能。

复合材料的基体材料有四种：金属材料、无机胶凝材料、陶瓷材料、聚合物材料。

了解了碳纤维的优点以及碳纤维在生活中被广泛的应用。

以及对聚合物基复合材料，金属基复合材料，陶瓷基复合材料的了解。

以下是我对一些知识点的总结。

第一章总论一、复合材料定义：复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料；在复合材料中通常有一个相为连续相，称为基体，另一相为分散相，称为增强材料。

二、复合材料的分类1．按增强材料形态分类（连续纤维复合、短纤维复合、颗粒复合、编织复合）2．按增强材料纤维种类分类（玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维、混合）3．按基体材料分类（聚合物基、金属基、无机非金属基）4．按材料作用分类（结构复合材料、功能复合材料）三、复合材料的基本性能1．可综合发挥各组成材料的优点2．可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造（最大特点！）3．可制成所需的任意形状的产品四、复合材料结构设计的三个结构层次①：一次结构：指由基体和增强材料复合而成的单层材料②：二次结构：指由单层材料层合而成的层合体③：三次结构：指通常所说的工程结构或者产品结构第二章复合材料的基体材料复合材料的基体材料有以下四种：①：金属材料主要包括铝及铝合金、镁合金、钛合金、镍合金、铜与铜合金、锌合金、铅、钛铝、镍铝金属间化合物等无机胶凝材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等陶瓷材料主要包括玻璃、玻璃陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷聚合物材料主要包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热固性/热塑性聚合物。

第三章复合材料的增强材料一、增强材料的定义：在复合材料中，凡事能基体材料力学性能的物质，均称为增强材料。

二、玻璃纤维的分类：1．以玻璃原料成分分类：无碱玻璃纤维（E玻纤）；中碱玻璃纤维；有机玻璃纤维（A玻璃）；特种玻璃纤维。

复合材料的复合效应复合材料的复合效应00复合材料的复合效应教学目的：掌握材料在复合过程中有哪些复合效应，掌握复合材料的结构与复合效果，懂得复合材料的模型和性能的一般规律。

教学重点：材料的复合效应，复合材料的结构与复合效果，复合材料的模型；教学过程和主要内容：复合材料的复合原理是研究复合材料的结构特性、开拓新材料领域的基础，尽管多年来科学工作者致力于这一理论的研究工作，但材料的复合原理在复合材料领域中还处于发展之中，有许多问题亟待研究和完善。

无论是宏观上还是微观或亚微观状态上，复合材料性能与结构的协同相长特性（即复合后的材料性能优于每个单独组分的性能）使复合材料具备新的特殊性能。

这种不同性质材料之间的相互作用，也就是偶合，这也是从力学和物理学上理解复合材料多性能的基础。

虽然不同类型的复合材料的增强机理可能有所不同（如粒子增强体和纤维状增强体），特别是功能类复合材料，但它们在一些具体性能上仍可以遵循一些共同的规律。

例如，复合材料内部相与相的界面，这是组分相之间化学组分和物理机械性能有显著变化，而且在不同相间其连接和传递相互作用的区域。

它们对复合材料的性能起着重要的作用，从而引起工程界的重视。

本章将对材料复合的一般规律作简要的讨论。

2.1材料的复合效应材料在复合后所得的复合材料，就其产生复合效应的，可分为两大类：一类复合效应为线性效应；另一类则为非线性效应。

在这两类复合效应中，又可以显示不同的特征。

表2.1列出了不同复合效应的类别。

表2.1 不同复合效应的类别复合效应线性效应非线性效应平均效应相乘效应平行效应诱导效应相补效应共振效应相抵效应系统效应现就这两大类效应中的各种效应分别加以叙述如下：平均效应：平行效应是复合材料所显示的最典型的一种复合效应。

它可以表示为：PC =PmVm+PfVf式中，P为材料性能，V为材料体积含量，角标c、m、f分别表示复合材料、基体和增强体（或功能体）。

例如，复合材料的弹性模量，若用混合率来表示，则为：Ec=EmVm+EfVf平行效应：显示这一效应的复合材料，其组成复合材料的各组分在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。