复合材料概论

复合材料概论1.复合材料的定义：复合材料是一个连续物理相与一个连续分散相的复合，也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。

2.复合材料的结构：三个“结构层次”：一次结构（由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能）；二次结构（单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何）；三次结构（工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何）。

3、复合材料与传统材料的不同：复合材料既能保持原组分材料的重要特性，又可通过复合效应使各组分的性能相互补充，获得传统材料不具备的许多优良性能。

4.金属基复合材料组成特点：非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强金属基复合材料具有决定性的影响。

因此要获得高性能的金属基复合材料必须选用高强度的铝合金为基体。

5.无机凝胶材料主要包括水泥、石膏、菱苦土和水玻璃等。

6.聚合物基体的种类：不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。

7.聚合物基体的组分：主要组分是聚合物，其他组分油固化剂、增韧剂、稀释剂、催化剂等。

8.聚合物基体的作用：基体材料通过与增强材料界面间的粘接成为一个整体，并以剪应力的形式向增强材料传递载荷，保护增强材料免受外界环境的作用和物理损伤。

9.不饱和树脂聚酯的固化特点：不饱和聚酯树脂的固化是一个放热反应，其过程可以分三个阶段：a.胶凝阶段：从加入促进剂到树脂变成凝胶状态的一段时间，影响凝胶时间的因素有很多，如阻聚剂、引发剂和促进剂的量，环境温度和湿度、树脂的体积、交联剂蒸发损失等。

b.硬化阶段：硬化阶段是从树脂开始凝胶到一定硬度，能把制品从模具上取下为之的一段时间。

c.完全固化阶段：通常在室温下进行，并用后处理的方法来加速，这段时间越长，制品吸水率越小，性能越好。

10.玻璃纤维的结构：玻璃纤维的结构假说有“微晶结构假说”和“网络结构假说”。

复合材料概论全套课件312P一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》一书的第1章“复合材料概述”和第2章“复合材料的组成与结构”。

详细内容包括复合材料的基本概念、分类、性能特点，以及复合材料的基体、增强体、界面等基本组成部分和作用。

二、教学目标1. 了解复合材料的基本概念、分类及性能特点。

2. 掌握复合材料的组成、结构和制备方法。

3. 能够运用所学知识分析复合材料的性能与应用。

三、教学难点与重点教学难点：复合材料的组成、结构和性能关系。

教学重点：复合材料的基本概念、分类、性能特点及其应用。

四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、黑板、粉笔。

五、教学过程1. 导入：通过展示复合材料在日常生活中的应用实例，激发学生的学习兴趣，引入本节课的主题。

2. 知识讲解：（1）复合材料的基本概念、分类及性能特点；（2）复合材料的组成、结构和制备方法。

3. 例题讲解：分析一个具体复合材料的性能，引导学生运用所学知识解决问题。

4. 随堂练习：设计若干有关复合材料的选择题、填空题和简答题，巩固所学知识。

5. 小组讨论：分组讨论复合材料在实际应用中的优势与局限性，培养学生的团队协作能力。

六、板书设计1. 复合材料基本概念2. 复合材料分类3. 复合材料性能特点4. 复合材料组成与结构5. 复合材料制备方法七、作业设计1. 作业题目：（1）简述复合材料的基本概念及其分类。

（2）解释复合材料的性能特点及其应用。

（3）分析复合材料组成、结构与性能之间的关系。

2. 答案：（2）复合材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、耐磨损、导电性等特点，广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等领域。

（3）复合材料的性能取决于基体、增强体和界面的性质。

基体负责传递应力，增强体负责提供强度和刚度，界面则是连接基体和增强体的桥梁。

八、课后反思及拓展延伸2. 拓展延伸：鼓励学生查阅相关资料，了解复合材料在新能源、生物医学等领域的应用，拓宽知识视野。

重点和难点解析1. 教学内容的难点与重点；2. 教学过程中的例题讲解；3. 作业设计中的题目和答案；4. 课后反思及拓展延伸。

复合材料概论第一讲复合材料概论一、材料的发展与人类社会的进步材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。

综观人类发展和材料发展的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化。

材料的发展与人类进步和发展息息相关。

一万年前，人类使用石头作为日常生活工具，人类进入了旧石器时代，人类战争也进入了冷兵器时代。

7000年前人类在烧制陶器的同时创造了炼铜技术，青铜制品广泛地得到应用，同时又促进了人类社会发展，人类进入了青铜器时代。

同时火药的发明又使人类战争进入了杀伤力更强的热兵器时代。

5000年前人类开始使用铁，随着炼铁技术的发展，人类又发明了炼钢技术。

十九世纪中期转炉、平炉炼钢的发展使得世界钢产量迅猛增加，大大促进了机械、铁路交通的发展。

随着二十世纪中期合金钢的大量使用，人类又进入钢铁时代，钢铁在人类活动中起着举足轻重的作用。

核材料的发现，又将人类引入了可以毁灭自己的核军备竞赛，同时核材料的和平利用，又给人类带来了光明。

二十世纪中后期以来，高分子、陶瓷材料崛起以及复合材料的发展，又给人类带来了新的材料和技术革命，楼房可以越盖越高、飞机越飞越快，同时人类进入太空的梦想成为了现实。

当前材料、能源、信息是现代科技的三大支柱，它会将人类物质文明推向新的阶段。

二十一世纪将是一个新材料时代。

二、复合材料的提出现代高科技的发展更紧密地依赖于新材料的发展；同时也对材料提出了更高、更苛刻的要求。

在现代高技术迅猛发展的今天，特别是航空、航天和海洋开发领域的发展，使材料的使用环境更加恶劣，因而对材料提出了越来越苛刻的要求。

例如，航天飞机等空间飞行器在飞行过程中要受到大气阻力、地球引力、太阳辐射力、空间热环境、太阳风、宇宙射线、宇宙尘埃、流星、磁矩等的作用。

飞行器发动机还要受到其热环境、内流形成的气动力、结构振动、机件高速转动、液体晃动、振荡燃烧和POGO振动等非正常破坏力的作用。

复合材料概论第一章总论1.复合材料的定义答：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分（或称组元）材料通过人工复合组合而成的多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。

它既保持了原组分的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。

2.复合材料的发展进程(四代的发展)答：第一代复合材料（玻璃纤维增强塑料）第二代复合材料(碳纤维增强塑料)第三代复合材料（纤维增强金属基复合材料）第四代复合材料（多功能复合材料）3.复合材料的特点答：a.复合材料的组分和相对含量是由人工选择和设计的b.复合材料是以人工制造而非天然形成的（区别于具有某些复合材料形态特征的天然物质）c.组成复合材料的某些组分在复合后仍然保持其固有的物理和化学性质（区别于化合物和合金）.d.复合材料是各组分之间被明显界面区分的多相材料e.复合材料的性能取决于各组成相性能的协同。

复合材料具有新的、独特的和可用的性能，这种性能是单个组分材料性能所不及或不同的。

4.复合材料结构及分类答：(1)复合材料是由基体相、增强相和界面组成。

这三相的结构与性质、它们的配置方式和相互作用以及相对含量决定了复合材料的性能。

(2)5.相关符号的代表意义答：MMC（Metal Matrix Composite）表示金属基复合材料，FRP（Fiber Reinforced Plastics）表示纤维增强塑料GF/Epoxy, 或G/Ep(G-Ep) 表示玻璃纤维/环氧第二章1.复合材料中基体的作用答：1.将纤维粘合为整体并使纤维固定，在纤维间传递载荷，并是载荷均衡；2.决定复合材料的一些性能，如高温使用性能、层间剪切性能、耐介质性能（耐水、耐化学性能）等；3.决定复合材料成型工艺方法及工艺参数选择；4.保护纤维免受各种损伤。

2.金属基体选择遵循原则答:（1）金属基复合材料的使用要求（2）金属基复合材料组成特点（3）基体金属与增强物的相容性3.常见金属基体的类型答:（1）结构用金属基复合材料的基体a.用于450 ︒C以下的轻金属基体b.用于450-700 ︒C的复合材料的金属基体c.用于1000 ︒C以上的高温复合材料的金属基体（2）功能用金属基复合材料的基体。

1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。

2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。

异质材料则是不同物质。

3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。

4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。

陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。

5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。

一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。

6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。

在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。

②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。

对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。

③基体金属与增强物的相容性。

7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。

复合材料概论全套课件312P可编辑一、教学内容本节课我们将学习《复合材料概论》教材的第6章“复合材料的力学性能”和第7章“复合材料的界面与优化”。

详细内容包括复合材料的基本力学概念、复合材料的应力与应变关系、复合材料的强度与刚度特性、复合材料界面的基本理论、界面控制与优化方法等。

二、教学目标1. 理解复合材料的基本力学性能，掌握其应力与应变关系。

2. 了解复合材料的强度与刚度特性，学会分析复合材料的力学行为。

3. 掌握复合材料界面的基本理论，了解界面控制与优化方法。

三、教学难点与重点教学难点：复合材料的应力与应变关系，复合材料界面的基本理论。

教学重点：复合材料的力学性能，界面控制与优化方法。

四、教具与学具准备1. 教具：多媒体课件、复合材料样品。

2. 学具：教材、笔记本、计算器。

五、教学过程1. 实践情景引入（5分钟）：通过展示复合材料在航空航天、汽车、建筑等领域的应用，引导学生了解复合材料的优势与重要性。

2. 例题讲解（15分钟）：讲解第6章和第7章的典型例题，让学生掌握复合材料力学性能的计算方法和界面控制与优化策略。

3. 随堂练习（15分钟）：让学生根据例题进行随堂练习，巩固所学知识。

5. 课堂互动（10分钟）：邀请学生分享自己的学习心得，对复合材料的应用前景进行讨论。

六、板书设计1. 板书《复合材料力学性能与界面优化》2. 主要内容：复合材料力学性能基本概念应力与应变关系复合材料强度与刚度特性复合材料界面基本理论界面控制与优化方法七、作业设计1. 作业题目：（1）简述复合材料的基本力学性能。

材料：碳纤维增强塑料，E1=70GPa，E2=10GPa，v12=0.25。

尺寸：单向板，长L=200mm，宽b=20mm，厚h=2mm。

载荷：拉伸力F=100N。

（3）论述复合材料界面控制与优化方法。

2. 答案：（1）复合材料的基本力学性能包括强度、刚度、韧性等。

（2）应力：σ1=σ2=F/L；应变：ε1=ε2=F/(E1bh)。

2024年《复合材料概论》课件0222.一、教学内容本课件基于《复合材料概论》教材第6章“复合材料的力学性能”展开。

详细内容包括：6.1节复合材料的基本力学概念；6.2节复合材料的弹性常数；6.3节复合材料的强度与破坏准则；6.4节复合材料的疲劳性能；6.5节复合材料的热力学性能。

二、教学目标1. 理解复合材料的基本力学概念和力学性能特点；2. 掌握复合材料弹性常数、强度与破坏准则的计算方法；3. 了解复合材料疲劳性能和热力学性能的基本知识。

三、教学难点与重点重点：复合材料的弹性常数计算，强度与破坏准则分析。

难点：复合材料疲劳性能和热力学性能的理解。

四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件，复合材料样品，力学性能测试视频；2. 学具：笔记本电脑，教材，计算器。

五、教学过程1. 实践情景引入：展示复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用，引导学生思考复合材料的力学性能优势。

2. 例题讲解：a) 计算6.2节中给出的复合材料弹性常数；b) 分析6.3节中复合材料强度与破坏准则；3. 理论知识讲解：详细讲解 6.16.5节内容，期间进行随堂练习；4. 随堂练习：针对弹性常数、强度与破坏准则的计算题，巩固所学知识；5. 学生提问与解答：鼓励学生提问，解答学生在学习过程中遇到的问题；六、板书设计1. 课堂主题：复合材料的力学性能2. 板书结构：a) 复合材料基本力学概念；b) 弹性常数计算方法；c) 强度与破坏准则；d) 疲劳性能与热力学性能。

七、作业设计1. 作业题目：a) 计算给定复合材料的弹性常数；b) 分析给定复合材料样品的强度与破坏准则；2. 答案：见附件。

八、课后反思及拓展延伸1. 反思：通过本次教学活动，反思教学方法和教学效果的优劣，不断优化教学过程；2. 拓展延伸：a) 探索复合材料在其他领域的应用；b) 了解复合材料力学性能的最新研究动态。

重点和难点解析1. 教学难点与重点的确定；2. 例题讲解和随堂练习的选择；3. 作业设计；4. 课后反思及拓展延伸。