第七章_复合材料力学性能的复合规律

第七章复合材料的强度与断裂近代科学技术，特别是宇航、航空等工业的发展，对材料的要求越来越高。

除要具有高强、高模量、耐高温、低密度外，还对材料的韧性、耐磨、耐腐蚀等提出种种特殊要求，这对单一材料来说往往无能为力。

采用复合技术，把一些不同的材料复合起来，取长补短，来满足高性能的要求，于是产生了现代复合材料，其发展很快，前景诱人。

7.1 复合材料概述7.1.1 复合材料的定义复合材料是用两种或两种以上不同性质、不同形态的材料通过复合工艺而形成的多相固体材料。

复合材料中至少有两相，其中一相是连续的，称为基体，另一相为基体所包容，称为增加体。

复合材料不仅能保持原组分材料的部分特点，而且具有原组分材料所不具有的新性质。

通过选择、设计，使组分材料的性能相互补充，以形成具有优异性能的材料。

复合材料的性能，取决于原材料种类、形态、比例、分布及复合工艺条件等因素。

通过人为调节和控制这些因素，可获得不同性能的复合材料。

因而复合材料是一类性能可设计的新型材料，能够在广阔范围内调节其性能以满足使用要求。

7.1.2 复合材料的分类从使用上看，复合材料可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。

对于功能复合材料，主要使用它的声、光、电、热、磁等物理性能。

对于结构复合材料，由于主要应用在受力构件上，故对力学性能有较高要求，需要了解其刚度、强度、断裂等特性。

本章将仅就结构复合材料的强度和断裂问题作简要介绍。

在桔构复合材料中，通常以所用的基体材料类型来分类，如金属基复合材料、陶瓷基复合材料、树脂基复合材料等。

结构复合材料还可按增强材料的形态分类，如颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料、短纤维增强复合材料、长（连续）纤维增强复合材料等。

7.1.3 复合材料的结构类型由于增强体形态的多样化，复合材料存在着复杂的结构，正是由于这种复杂的结构，使复合材料具有组分材料所没有的特殊性能。

复合材料的结构一般可以有以下五类，如图7-1所示：图7-1 复合材料的复合体结构类型（a）网状结构：一相三维连续，另一相二维连续或两相都是三维连续。

复合材料力学性能复合材料是由两种或两种以上的不同材料按照一定规律组合而成的材料。

与传统材料相比，复合材料具有独特的力学性能，以下将分别从强度、刚度、韧性、疲劳性能以及抗冲击性能等方面详细介绍复合材料的力学性能。

首先是复合材料的强度。

由于复合材料采用了不同种类的材料组合，在强度上具有明显的优势。

根据不同材料的组合方式和比例，复合材料可以获得高于单一材料的强度水平。

此外，由于复合材料具有随机分布的纤维增强体，使得复合材料具有较好的抗层状剪切破坏能力，提高了材料的整体强度。

其次是复合材料的刚度。

复合材料在刚性方面比传统材料更优越。

这是因为纤维增强体具有高弹性模量和高刚度特性，并且材料中纤维的方向性可以调整，所以在应力作用下，纤维能够承受更多的外力而不易产生位移。

因此，在力学应用中，复合材料能够提供更高的刚度和更小的变形。

再次是复合材料的韧性。

韧性是指材料在受到外力作用下产生破坏之前能够吸收的能量。

与传统材料相比，复合材料具有更好的韧性。

这是因为在复合材料中纤维的分布可以有效地防止裂纹扩展，同时由于纤维的存在可以将应力分散到整个材料中，从而提高韧性。

此外，复合材料也可以通过调整纤维增强体的类型和量来改善韧性。

复合材料的疲劳性能也是其重要的力学性能之一、在疲劳应力作用下，材料会出现裂纹的扩展，从而导致材料失效。

复合材料由于具有纤维增强体和基体的分离结构，在疲劳载荷下，纤维增强体能够吸收部分载荷，减缓增长速率，提高疲劳寿命。

此外，纤维增强体还能够增加复合材料的纵向和横向强度，降低应力集中，从而提高疲劳性能。

此外，复合材料的抗冲击性能也值得关注。

复合材料由于纤维增强体的存在，使得其在受冲击或振动载荷下具有更好的表现。

纤维增强体能够吸收冲击能量，减缓冲击载荷的传递，从而降低材料的损伤程度和失效概率。

综上所述，复合材料具有一系列优异的力学性能，如强度、刚度、韧性、疲劳性能和抗冲击性能等。

这得益于其具有多种材料的组合优势以及纤维增强体的特殊结构。

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。

复合材料的力学性能研究一、引言随着科技的不断发展，复合材料在工业、航空航天、汽车等领域得到了广泛应用。

其中，复合材料的力学性能是这一领域研究的重点。

本文将从复合材料力学性能的定义、制备及测试方法、力学性能研究与应用等方面进行探讨。

二、复合材料力学性能的定义复合材料是指由两种或两种以上不同的材料在宏观上均匀地混合在一起而形成的新材料。

与单一材料相比，复合材料拥有更好的强度、刚度和耐腐蚀性等性能。

在复合材料中，不同材料的性质不同，因此也有了力学性能的差别。

力学性能通常指材料在受到外力作用时的性能指标，包括弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂强度、疲劳寿命等。

这些性能指标可以反映出复合材料的力学强度、刚度和耐久性等方面的性能。

三、复合材料的制备与测试方法复合材料的制备有很多种方法，常用的有层叠法、注塑成型法、环氧树脂灌注法等。

其中，层叠法又称为手工层叠法，是较为传统的复合材料制备方法，通常用于定向性较强的复合材料制备。

注塑成型法适用于大量制造相对简易的复合材料零件，如带有凸起、凹槽等结构的材料。

环氧树脂灌注法则适用于制备大型、复杂的复合材料结构件。

复合材料力学性能的测试方法主要包括拉伸试验、剪切试验、压缩试验、弯曲试验等。

其中，拉伸试验是指在两个支撑点之间施加拉伸载荷时，测试材料的抗拉强度、延伸率等指标。

剪切试验是将材料在两个载荷方向施加一个剪切力，测试材料的切变模量、剪切强度等指标。

压缩试验是压缩载荷作用于材料，测试材料的抗压强度、弹性模量等指标。

弯曲试验是指在两点之间施加载荷，测试材料的抗弯强度、弹性模量等指标。

四、复合材料力学性能研究与应用1.力学性能研究复合材料力学性能的研究通常包括两种方向：第一种是通过材料的基本力学性质来研究其性能，例如研究复合材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等参数的变化规律。

第二种则是研究复合材料在实际工程中的性能和行为，例如研究复合材料在高温高压下的性能、在复杂载荷下的受力行为等。