3(2).复合材料的复合效应详解

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=
+。

材料科学基础之复合效应与界面引言复合材料是一种由两种或两种以上不同材料组合而成的新材料，通过复合可以获得更好的性能和性质。

在复合材料中，界面起着至关重要的作用。

本文将介绍复合材料的基本概念，复合效应以及界面在复合材料中的重要性。

复合材料的定义复合材料是由两个或多个具有不同性质的构件通过某种方式结合在一起形成的一种新材料。

它们可以是两种不同的材料，也可以是相同材料的不同形式。

复合材料通常具有比单一材料更优越的性能，如高强度、高刚度、低密度、较好的耐热性和耐腐蚀性等。

复合效应在复合材料中，复合效应是指由于不同材料的结合而导致的材料性能的改变。

复合效应包括增强效应和效应协调两种。

增强效应是指由于复合材料中的材料的性能优于单一材料的性能而导致整体材料的性能提高。

效应协调是指复合材料中的各个构件相互协同工作以实现更好的性能表现。

复合材料中的界面在复合材料中，界面是指两个不同材料之间的接触面。

界面具有很重要的作用，它影响着复合材料的强度、韧性、耐热性等性能。

在复合材料的界面上，通常存在着一些缺陷，如界面反应、界面应力、界面位移等。

这些缺陷会导致界面的破坏，进而影响整体材料的性能。

影响界面性能的因素界面性能受到多种因素的影响，包括界面分子结构、界面化学键、界面热力学等。

界面分子结构是指两个不同材料之间的分子结构特征，它影响着界面的稳定性和结合力。

界面化学键是指两个不同材料之间的化学键，它影响着界面的强度和稳定性。

界面热力学是指界面上的热力学性质，包括界面能量和界面位移等，它们直接影响着界面的稳定性和性能。

界面改性技术为了改善复合材料中界面的性能，人们开发出了一系列的界面改性技术。

这些技术包括界面改性剂的添加、界面修饰、界面增强等。

界面改性剂是指一种具有特殊功能的材料，它可以在两个不同材料之间形成一层保护膜，从而减少界面的缺陷和提高界面的性能。

界面修饰是指通过改变界面的化学结构和物理性质来改善界面的性能。

界面增强是指通过增加界面的表面积和接触面来增强界面的粘结力和力学性能。

复合材料八种复合效应嘿，朋友！咱们今天来聊聊复合材料那神奇的八种复合效应。

先来说说乘积效应，这就好比你有一把锋利的刀，再配上一个坚固的刀柄，两者结合起来，战斗力可不是简单的相加，而是相乘啊！原本刀锋利能切割，刀柄结实能握住，它们组合在一起，威力那叫一个惊人。

还有协同效应，想象一下，一支篮球队里，有善于突破的前锋，有精准投篮的后卫，还有能掌控全场的中锋，大家各自发挥优势，相互配合，那可不是1+1=2 这么简单，而是产生远超个体能力总和的效果。

复合材料中的各种成分协同起来，也是这么牛！系统效应呢，就像一个复杂的机器，每个零件都有自己的作用，但只有所有零件完美配合，整个机器才能高效运转。

复合材料也是这样，各种成分形成一个系统，共同发挥作用。

诱导效应，打个比方，就像一个优秀的老师引导学生学习，让学生发挥出原本没有的潜力。

在复合材料里，一种成分能诱导另一种成分展现出更好的性能。

共振效应，这就像一群人合唱，声音在某个频率上产生共鸣，变得特别响亮动听。

复合材料在某些条件下也能产生这种神奇的共振效果。

界面效应，好比两个人合作，他们之间的沟通和理解至关重要。

复合材料中不同成分之间的界面，决定了它们能否完美结合，发挥出最大效能。

混杂效应，就像把不同颜色的颜料混在一起，会产生新的独特颜色。

复合材料把各种不同特性的材料混杂，也能带来全新的性能。

相补效应，就像拼图的各个板块，有的缺了一角，有的凸出来一块，正好相互弥补，拼成完整的图案。

复合材料的不同成分也能这样相互补充，达到完美的效果。

总之，这八种复合效应让复合材料变得无比神奇和强大。

它们就像魔法一样，能让材料拥有超乎想象的性能，为我们的生活带来更多的便利和惊喜。

不是吗？咱们在很多领域都能看到复合材料的身影，从航空航天到日常用品，它们无处不在，这难道不令人惊叹吗？所以啊，好好了解这八种复合效应，能让我们更深刻地认识材料世界的奇妙之处！。

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。

复合材料的复合效应材料在复合后所得到的复合材料，就其产生复合效应的特征可以分为两大类：一类复合效应为线性效应，另一类为非线性效应。

在这两类复合效应中，线性效应有：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应；非线性效应有：相乘效应、诱导效应、共振效应、系统效应、系统效应平均效应：是复合材料所显示的最典型的一种复合材料。

它可以表示为：Pc=Pm*Vm+Pf*Vf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，集体和增强体。

例如复合材料的弹性模量，若用混合率来表示，则为：Ec=Em*Vm+Ef*Vf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符合材料中，军博暗流本身的作用。

既无剩余也无补偿。

对于增强体（如纤维）与基体界面结合很弱的复合材料所显示的复合效应，可以看做是平行效应。

相补效应：组成复合材料的基体与增强体，在性能上能互补，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。

对于脆性的高强度纤维增强体与韧性集体复合时，两者间若能得到适宜的结合而形成的复合材料，起性能显示为增强体与基体的互补。

相抵效应：基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。

例如脆性的纤维增强体与韧性的基体组成的复合材料，当两者界面结合很强时，复合材料整体显示为脆性断裂。

在玻璃轻微增强塑料中，当玻璃纤维表面选用十一的硅烷偶联剂处理后，与树脂基体组成的复合材料，由于强化了界面的结合，故致使材料的拉伸强度比未处理纤维组成的复合材料可以高出30%~40%，而且湿态强度保留率也明显提高。

但是这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性能的降低。

在金属基、陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合不一定是最适宜的。

相乘效应：两种具有转换效益的材料复合在一起，即可发生相乘效应。

例如，把具有电磁效应的材料与具有磁光效应的材料复合时，将可能产生复合材料的光电效应。

因此，通常可以将一种具有两种性能互相转换的功能材料X/y和另外一种功能转换材料Y /Z复合起来，可以用下列通式来表示，即：X/Y*Y/Z=X/Z 式中，X、Y、Z分别表示各种物理性能。

复合效应复合材料的复合效应是复合材料特有的一种效应，包括线性效应和非线性效应两类。

线性效应包括平均效应、平行效应、相补效应和相抵效应。

相补效应和相抵效应常常是共同存在的，相补效应是希望得到的，而相抵效应要尽量能够避免。

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、系统效应等各种复合效应，都是复合材料科学所研究的对象和重要内容，这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。

所有这些，可通过相应复合材料的设计来加以实现。

复合材料的复合效应（Composition effect of Composite materials）是复合材料特有的一种效应，包括线性效应和非线性效应两类。

线性效应包括平均效应、平行效应、相补效应和相抵效应。

平均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：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）。

复合材料的某些功能性质，例如电导、热导、密度和弹性模量等服从平均效应这一规律。

例如，复合材料的弹性模量，若用混合率来表示，则为平行效应显示这一效应的复合材料，它的各组分材料在复合材料中，均保留本身的作用，既无制约，也无补偿。

对于增强体（如纤维）与基体界面结合很弱的复合材料，所显示的复合效应，可以看作是平行效应。

相补效应组成复合材料的基体与增强体，在性能上相互补充，从而提高了综合性能，则显示出相补效应。

相抵效应基体与增强体组成复合材料时，若组分间性能相互制约，限制了整体性能提高，则复合后显示出相抵效应。

在玻璃纤维增强塑料中，当玻璃纤维表面选用适宜的硅烷偶联剂处理后，与树脂基体组成的复合材料，由于强化了界面的结合，故致使材料的拉伸强度比未处理纤维组成的复合材料可高出30--40%，而且湿态强度保留率也明显提高。

但是，这种强结合的界面同时却导致了复合材料冲击性能的降低。

因此，在金属基、陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合不一定是最适宜的。