5-第五章-复合材料层合板的强度

含分层损伤复合材料层合板的压缩强度研究分层损伤复合材料层合板是一种由多层不同材料组成的复合材料结构，其具有优异的力学性能和轻质化特性，广泛应用于航空航天、汽车、船舶
等领域。

其中，压缩强度是评价层合板力学性能的重要指标之一。

在研究
含分层损伤复合材料层合板的压缩强度时，需要考虑多种因素。

首先，不
同材料的层间粘合强度对层合板的压缩强度有重要影响。

其次，层合板的
层数、厚度比、层序等结构参数也会影响其压缩强度。

此外，层合板的制
备工艺、成型温度、压力等因素也会对其压缩强度产生影响。

为了提高含
分层损伤复合材料层合板的压缩强度，可以采取多种措施。

例如，优化层
合板的结构设计，选择合适的材料组合和层序，提高层间粘合强度等。

此外，还可以采用先进的制备工艺，如自动化制备、热压成型等，以提高层
合板的制备精度和质量。

总之，含分层损伤复合材料层合板的压缩强度研
究是一个复杂而重要的课题，需要综合考虑多种因素，采取有效的措施来
提高其力学性能。

复合材料层合板强度计算现状1．简介复合材料是指由两种或者两种以上不同性能的材料在宏观尺度上组成的多相材料。

一般复合材料的性能优于其组分材料的性能，它改善了组分材料的刚度、强度、热学等性能。

复合材料从应用的性质可分为功能复合材料和结构复合材料两大类。

功能复合材料主要具有特殊的功能，例如:导电复合材料，它是用聚合物与各种导电物质通过分散、层压或通过表面导电膜等方法构成的复合材料；烧灼复合材料，它由各种无机纤维增强树脂或非金属基体构成，可用于高速飞行器头部热防护；摩阻复合材料，它是用石棉等纤维和树脂制成的有较高摩擦系数的复合材料，应用于航空器、汽车等运转部件的制动。

功能复合材料由于其涉及的学科比较广泛，已不是单纯的力学问题，需要借助电磁学，化学工艺、功能学等众多学科的研究方法来研究。

结构复合材料一般由基体料和增强材料复合而成。

基体材料主要是各种树脂或金属材料；增强材料一般采用各种纤维和颗粒等材料。

其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。

结构复合材料在工农业及人们的日常生活中得到广泛的应用，也是复合材料力学研究的主要对象，是固体力学学科中一个新的分支。

在结构复合材料中按增强材料的几何形状及结构形式又可划分为以下三类：1．颗粒增强复合材料，它由基体材料和悬浮在基体材料中的一种或多种金属或非金属颗粒材料组合而成。

2．纤维增强复合材料，它由纤维和基体两种组分材料组成。

按照纤维的不同种类和形状又可划分定义多种复合材料。

图1.1为长纤维复合材料的主要形式。

图1.13．复合材料层合板，它由以上两种复合材料的形式组成的单层板，以不同的方式叠合在一起形成层合板。

层合板是目前复合材料实际应用的主要形式。

本论文的主要研究对象就是长纤维增强复合材料层合板的强度问题。

长纤维复合材料层合板主要形式如图1.2所示。

图1.2一般来说，强度是指材料在承载时抵抗破坏的能力。

复合材料层合板
复合材料层合板是一种由不同材料层叠而成的板材，具有轻质、高强度、耐腐
蚀等优点，因此在航空航天、汽车、建筑等领域得到广泛应用。

本文将从复合材料层合板的结构、制造工艺、应用领域等方面进行介绍。

首先，复合材料层合板的结构通常由两种或以上的材料层叠而成。

这些材料可
以是金属、塑料、玻璃纤维、碳纤维等，通过粘合剂或其他加工工艺将它们粘合在一起，形成具有特定性能的复合材料板材。

由于不同材料的组合可以有效地发挥各自的优点，因此复合材料层合板通常具有较高的强度和刚度，同时具有较低的密度和良好的耐腐蚀性能。

其次，复合材料层合板的制造工艺包括预浸料成型、热压成型、自动化生产等
多种方法。

预浸料成型是将预先浸渍了树脂的纤维材料层叠在一起，然后通过热压或其他方法使其固化成型。

热压成型则是将预先加热的材料放入模具中，经过高温和高压的作用使其成型。

自动化生产则是利用机器人等自动化设备进行生产，可以大大提高生产效率和产品质量。

复合材料层合板在航空航天、汽车、建筑等领域有着广泛的应用。

在航空航天
领域，复合材料层合板可以用于制造飞机机身、机翼、尾翼等部件，可以减轻飞机重量，提高飞行性能。

在汽车领域，复合材料层合板可以用于制造车身、车门、车顶等部件，可以提高汽车的安全性能和燃油经济性。

在建筑领域，复合材料层合板可以用于制造装饰板、隔墙板、屋顶板等材料，可以提高建筑物的结构强度和耐久性。

综上所述，复合材料层合板具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，制造工艺多样，应用领域广泛。

随着科技的不断进步，复合材料层合板在未来将会有更广阔的发展空间，为各个领域带来更多的创新和进步。

第二章单向层合板的正轴刚度本章的一些讲法与讲义次序不同，请同学们注意，另外一些在材料力已阐明的概念，如应力、应变等在这里不再强调，希望大家能自学与复习。

§2—1 正交各向异性材料的特点●各向同性材料●各向异性材料我们这里所指的各向异性材料的特点仅仅是指在不同方向上材料的力学性质不同（机械性能）。

●正交各向异性材料正交各向异性材料是一种特殊的各向异性材料。

其特点为: 这类材料有三个互相垂直的弹性对称面（与弹性对称面对称的点性质相同），在平行方向上的弹性质(力学特性)均相同。

如多层单向板，当不考虑纤维与基体性质的不均匀性，粘结层又很薄可以忽略，即把它写作“连续匀质”材料看，则三个弹性对称面分别为：与单层平行的面及与它垂直的纵向、横向的两个切面。

板上任何两点，在平行方向上的力学性质是一样的。

把这三个弹性平面相交的三个轴称为弹性主轴，也称为正轴。

下图是一种典型的正交个向异性材料，当厚度很小时可处理为正交个向异性板。

用宏观力学处理连续纤维增强复合材料层压板结构时，总是把单向层板作为基本单元来分析层合板。

层合板的组成增强纤维排列方向一致所粘合的薄层称单向(单层)板（层），有时把很多单层粘合在一起，各层的纤维排列方向均一致，也称单向板。

正轴的弹性常数正交各向异性弹性体，1、2、3轴为它的弹性主轴，则沿这三个轴共有9各独立弹性常数。

1E 、2E 、3E ——杨氏模量； 12G 、13G 、23G ——剪切模量； 21v 、31v 、32v ——泊松系数。

21v 表示在1方向拉伸时在2方向产生的收缩效应系数；同样，12v 表示在2方向拉伸时在1方产生的收缩效应系数。

1221v v ≠ 这点与各向同性材料不同。

并有关系式212121E v E v = 313131E v E v = 323232E v E v = ∴ 12v、13v 、23v 是不独立的系数。

顺便指出，有的文献定义12v 为1方向拉伸时在2方向的收缩系数。

第五章层合板的刚度5.1 引言层合板(Laminate)是由多层单向板按某种次序叠放并粘结在一起而制成整体的结构板。

每一层单向板(Unidirectional lamina)称为层合板的一个铺层。

各个铺层的材料不一定相同，也可能材料相同但材料主方向不同，因而层合板在厚度方向上具有非均匀性。

层合板的性能与各铺层的材料性能有关，还与各铺层的材料主方向及铺层的叠放次序有关。

因而，可以不改变铺层的材料，通过改变各铺层的材料主方向及叠放顺设计出所需力学性能的层合板。

与单向板相比，层合板有如下特征：(1) 由于各个铺层的材料主方向不尽相同，因而层合板一般没有确定的材料主方向。

(2) 层合板的结构刚度取决于铺层的性能和铺层的叠放次序，对于确定的铺层和叠放次序，可以推算出层合板的结构刚度。

(3) 层合板有耦合效应，即面内拉压、剪切载荷可产生弯曲、扭转变形，反之，在弯、扭载荷下可产生拉压、剪切变形。

(4) 一层或数层铺层破坏后，其余各层尚可继续承载，层合板不一定失效。

因而，对层合板的强度分析要复杂很多。

(5) 在固化过程中，由于各单层板的热胀冷缩不一致，在层合板中要引起温度应力，这是层合板的初应力。

(6) 层合板由不同的单层粘结在一起，在变形时要满足变形协调条件，故各层之间存在层间应力。

5.2 层合板的标记层合板标记是表征层合板铺层铺设参数(层数、铺层材料主方向、铺层纤维种类、铺层次序)的符号。

如图所示，层合板总厚度为h，有N 个铺层。

通常将层合板中面(平分板厚的面)设置为xy 坐标面，z 轴垂直板面。

沿z 轴正方向将各铺层依次编号为1～N ，第k 层的厚度为t k 铺设角(纤维与x 轴的夹角)为θk ，其上下面坐标为z k 和z k -1。

z -k z z k z N z -N z z如果各铺层的材料和厚度相同，沿z轴正方向依次标出各层的铺设角θk (k=1,2,…,N)，便可表示整个层合板。

如•[0/45/90]T，表示有三个铺层的层合板，各层厚度相同，铺设角依次为0o、45o、90o，下标“T”表示已列出全部铺层。