《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。
第九章 习题1．增强体、基体和界面在复合材料中各起什么作用?2．涂有碳化硅涂层的硼纤维增强铝合金是一种耐高温的轻质航空、航天复合材料，纤维和基体的主要性能参数如表9-1所示。
当纤维体积分数为0.40时，试计算复合材料的密度、纵向和横向模量及纵向强度、热膨胀系数。
表9-1 硼纤维及铝合金的某些性能参数 材料密度 g/cm3 弹性模量 GPa 抗拉强度 MPa 热膨胀系数 10-6/℃ 硼纤维2.36 379 2759 8.30 铝合金 2.70 69 345 23.43．比较弥散增强、粒子(颗粒)增强和纤维增强的作用和机理。
4．简述复合材料中的尺寸效应。
5．比较连续纤维和短纤维增强复合材料的临界体积分数，说明临界体积分数的意义。
6．说明L<L。
的短纤维复合材料，为什么无论施加多大载荷，复合材料中的纤维都不会断裂。
7．证明单向复合材料受到垂直于纤维的应力时，其横向弹性模量的计算公式为1．m m f f T E E E ϕϕ+=18．对复合有何要求，是否任意两种材料复合后都能制成复合材料?9．导出甲。
的关系表达式(包括连续纤维和随机定向排列短纤维复合材料)。
10．若单向连续纤维排列不均匀，但都是方向性很好的平行排列，是否会对弹性模量有影响，请予说明。
11．短纤维复合材料强度达到连续复合材料强度的95％时，计算L,c·。
12．单向连续复合材料受纵向应力纤维断裂时，纤维会断裂成什么样的长度，分析为什么会出现这种断裂。
13．改进界面结合应从那些方面考虑?14． Kevlar 纤维—环氧树脂复合材料中，纤维体积分数为o．3，环氧树脂密度为1.25 g/cm 3，弹性模量为31 GPa，Kevlar 纤维的密度为1.44 g/cm 3，弹性模量为124GPa，计算该复合材料的密度和平行于纤维方向和垂直于纤维方向的模量。
15． 证明短纤维复合材料的纤维平均应力为fu c f L L σσ)21(−=，式中L c 为纤维的临界长度，L 为纤维长度，L>L c ，σfu 为纤维断裂强度。
