复合材料结构力学
复合材料结构力学是指在复合材料结构中，力学特性与工程设计的关系。复合材料结构力学的主要任务是分析和设计具有优良性能的复合材料结构，使结构具有较高的强度、刚度和耐久性。
复合材料结构力学所涉及的主要内容包括复合材料的应力分析、弹性、蠕变和疲劳特性分析、裂纹扩展和断裂特性分析等。这些分析都是用来评估复合材料结构的力学性能，以确定最佳的材料组合和结构设计。
因为复合材料的性质和结构相对比较复杂，所以在复合材料结构力学的分析中，需要运用材料力学、结构力学、断裂力学、热力学等相关学科的知识。同时，因为复合材料结构的制造过程也是非常重要的，因此需要运用相关的制造技术来考虑制造工艺对复合材料结构力学性能的影响。
总之，复合材料结构力学在设计和制造高强度、高性能的复合材料结构中起着至关重要的作用，同时也是未来材料研究的重要发展方向之一。
1 第11章 复合材料的力学性能
1．解释下列名词：
(1 )纤维的临界体积分数；(2) 纤维的最小体积分数；(3 )短纤维的临界长度；(4) 单向
短纤维复合材料；(5) 比强度、比模量；(6 )单向复合材料的纵泊松比、横泊松比。
2．试述纤维复合材料的基本特点。复合材料受力时纤维和基体各起什么作用?
3．复合材料性能常数在什么条件下符合并联混合律?什么条件下符合串联混合律?并联与串联混合律的形式有什么不同?
4．短纤维复合材料的强度与哪些因素有关?为什么纤维越长，短纤维复合材料的强度越高？
5．试述复合材料疲劳性能的特点。
6. 何谓“混合定则”?它是在什么前提下推导出来的?
7. 纤维的体积分数值对复合材料的纵向抗拉强度有何影响?如何确定临界纤维体积分数?
8. 哪些因素影响复合材料的刚度和强度?
9. 正轴应力—应变关系可用哪些参数来表示?
10. 什么是耦合现象?
11. 复合材料铺层设计时，要注意哪些问题?
12. 短纤维增强复合材料有哪些优缺点?
13. 何谓“临界纤维长度”?它与哪些参量有关?
14. 如何估算短纤维增强复合材料的强度?
15. 复合材料断裂有哪几种模式?
16. 与金属材料相比，复合材料的疲劳性能有哪些显著的特点?
玻璃钢／复夸材料
编织结构复合材料力学性能的测试与分析
杨朝坤
（天津工业大学复台材科研究所３００１６０） 摘要：对四步法三维编织复旮材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究，得到了该材料的主要力学性能参敷厦破 坏规律。实验结果表明：三雏鳊织复合材料具有良好的力学性能，而编织工艺和编织结构对复夸材料的性能有较大的影响。 这些结果为进一步研究复旮材料的强度失效问题奠定了实验基础。 关键词： 三雄编织复合材料力学性能洲试予型件实验研究
编织结构复合材料是三维编织技术和现代复合
材料技术相结合的产物。它与传统复合材料具有较
大的区别。传统复合材料是通过把纱线按一定的角 度和一定的顺序进行铺层或缠绕而制成的，由于形
成层状结构，所以也称层合（压）复合材料。层合复 合材料因存在“层”而带来力学性能的弱点，如易分
层、开裂敏感和损伤扩展快、沿厚度方向的刚度和强 度低、冲击韧性和损伤容限水平较低、抗面内剪切强
度低等 ”Ｊ。三维编织结构是具有多轴纤维取向的
高度整体化的连续纤维集合体。首先，三维编织复
合材料的一个突出特点是提高了沿厚度方向的力学 性能；其次，与传统层合复合材料不同，三维编织复 合材料由于具有多向纱线构成空间互锁网状结构
（高度的整体性），从根本上克服了分层现象，并具有 较好的抗冲击韧性和抗疲劳特性能。第三，三维编
织复合材料能够直接成型许多具有复杂形状的结 构，为设计和制造净尺寸复合材料部件提供了可能，
特别是与ＲＴＭ技术的结合，在降低制造成本上具
有潜在的优势 由此引起了工程界和学术界的极大
关注．并逐渐应用于航空航天、交通、军工、建筑、医
疗和体育器材等领域。 自上个世纪８０年代以来，国内外对三维编织结
构复合材料已经进行了大量的研究工作，对编织工 艺参数、结构参数和力学性能之间的关系，提出了一
些几何模型及相应的数字模型。Ｍａ等－ｌ＿提出了
“纤维互锁胞体模型”，在平行六面体的单元胞体内， 将沿四个对角线方向排列的纤维束当作“复合材料
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1 第九章 复合材料力学
材料力学的任务是研究均匀、各向同性材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律。为合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。自20世纪40年代开始，现代复合材料得到了飞速发展，这种由两种或两种以上组分材料复合而成的多相材料，其物理、化学、力学等性能，满足了任何单一材料都难以满足的性能要求。然而，这种复合材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律已不同于像传统金属材料那样的规律，因此复合材料力学就是研究这种新型的材料在外力作用下的变形、受力和破坏规律，为合理设计复合材料构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。
本章介绍的复合材料力学是以纤维和塑料组成的纤维增强复合材料为主要对象的，主要介绍连续纤维增强复合材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律。
各向异性体弹性力学基础
传统的金属材料一般看作是各向同性体，通常在弹性范围内研究其变形和受力采用的是各向同性体弹性力学。然而纤维增强复合材料最常用的是层合板结构形式，即由纤维和基体组成一种铺层（或称单层），百度文库 - 让每个人平等地提升自我
2 并以不同方向层合而成一种多向层合板（如果同一种铺层都处于同一方向称为单向层合板）。这种层合板成为复合材料结构件的基本单元，而铺层是层合板的基本单元。因此本章介绍复合材料的刚度与强度，是从介绍铺层的刚度与强度开始，然后介绍多向层合板的刚度和强度。
铺层是由无纬布或交织布经预浸胶处理并按实际结构件的形状及构成多向层合板所规定的方向进行铺设，然后加温（或常温）固化制成。所以铺层、层合板和复合材料结构件是一次完成的一般的铺层（无论是无纬布或交织布形成的）是正交各向异性的，即具有两个相互垂直的弹性对称面。因此复合材料不同于金属材料，它具有各向异性的弹性特性，为此首先要对各向异性体弹性力学作一简要介绍。
各向异性体弹性力学与各向同性体弹性力学的主要差别，仅在于应力-应变关系的不同，而解决弹性力学问题还需涉及的平衡方程、几何方程、协调方程和边界条件等，则完全相同。这是由于在这里，假设铺层也是连续的、均匀的（不考虑铺层组分材料各自的性能差别及其相互作用，而将两相材料的影响反映在平均的表观性能上）、线弹性的和小变形的。所以，百度文库 - 让每个人平等地提升自我
