2016年纤维增强复合材料现状研究及发展趋势(精)

基于材料力学的纤维增强复合材料研究进展纤维增强复合材料是一种具有高强度、高模量和轻质特性的材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域。

而基于材料力学的纤维增强复合材料研究是指利用力学原理和实验手段对纤维增强复合材料的力学性能进行研究和分析。

本文将介绍纤维增强复合材料的基本原理、研究方法和一些研究进展。

首先，纤维增强复合材料由纤维和基体组成。

纤维通常采用碳纤维、玻璃纤维、聚合物纤维等，基体通常采用环氧树脂、树脂胶粘剂等。

纤维增强复合材料的性能取决于纤维的性质、排列方式和基体的性质。

因此，研究如何改善纤维增强复合材料的性能成为学者关注的焦点。

在基于材料力学的纤维增强复合材料研究中，有多种研究方法被广泛应用。

一种常用的方法是拉伸试验，通过对材料进行拉伸，得到其应力-应变曲线，从而分析材料的强度、刚度和断裂性能等。

另外，压缩试验、剪切试验、弯曲试验等也是常用的研究方法。

这些试验能够揭示纤维增强复合材料的力学特性，为其性能改进和设计提供依据。

随着科学技术的不断发展，研究者不断提出新的方法和理论，推动了纤维增强复合材料的研究进展。

例如，在计算力学方面，有限元分析被广泛应用于模拟纤维增强复合材料的力学行为。

这种方法能够精确地预测材料的应力分布、应变分布和破坏模式，为复合材料的设计和优化提供了有力的工具。

此外，还有许多新的纤维增强复合材料的研究方向，如多尺度力学、多功能复合材料等。

多尺度力学研究了不同尺度下材料的力学行为，从宏观到微观的尺度。

这种方法能够更准确地描述纤维增强复合材料的性能和异常行为，为新材料的开发提供了重要的理论基础。

而多功能复合材料则是指具有多种功能的复合材料，如耐磨、防火、导电等。

研究者通过改变复合材料的组分和结构，使其具有特定的功能，满足不同领域的需求。

总结起来，基于材料力学的纤维增强复合材料研究是一个广泛而深入的领域，涉及到材料力学原理、研究方法和研究进展等方面。

通过对纤维增强复合材料的力学性能进行研究和分析，可以为其性能的改进和设计提供有力的依据。

复合材料技术的研究现状与发展趋势复合材料技术在过去几十年中有了较大的发展，创造了大量的应用场景，也极大地推动了相关行业的进步。

本文将从研究现状以及未来的发展趋势两个方面来探讨复合材料技术的发展。

一、研究现状1.复合材料的定义复合材料是指将两种或两种以上不同材料结合在一起所形成的材料，通过对其进行复合，可以有效提高其力学性能和其他性能指标。

2.制造复合材料的方法目前制造复合材料的方法有很多种，其中最常见的方法是：手工铺层法、机器成型、自动复合机材法、自动纺织机法等。

每种方法都有其特点和适用范围。

3.复合材料的应用复合材料的应用领域非常广泛，如航空航天、汽车、船舶、建筑、电子等领域。

例如，碳纤维复合材料被广泛应用于航空领域中，可以制作轻量化的飞行器部件，如机翼、尾翼、机身等。

4.复合材料的优缺点复合材料具有较高的强度、刚度和韧性，同时还具有重量轻、易成型、良好的耐腐蚀性等优点，因此得到了广泛的应用。

但是，相对于传统材料来说，复合材料的成本较高，并且其开发和制造过程中还存在一些技术难点。

二、发展趋势1.材料的多样化和复合材料的集成在未来的发展趋势中，复合材料材料的多样化和复合材料的集成将是其中的关键点。

由于不同的材料具有不同的特性，因此它们可以用于不同的应用领域。

例如，钛合金和钢可以用于制造大型飞行器，而纤维素和树脂可以用于制造家具和纸质制品。

2.制造过程的自动化和数字化制造过程的自动化和数字化也是未来发展的重要方向。

通过在制造过程中引入自动化和数字化技术，如3D打印技术，可以提高制造效率和质量，同时降低成本。

3.绿色复合材料的开发随着环保意识的不断提高，绿色复合材料的开发也将成为一个重要的方向。

目前已有一些绿色复合材料得到了广泛应用，如生物基复合材料和可降解的聚酯复合材料等。

这些材料既具有较高的性能，又能够快速降解，并对环境产生较小的污染。

4.应用领域的扩大未来，复合材料的应用领域也将不断扩大。

例如，目前一些复合材料已经被用于制造电池、太阳能电池板和医疗器械等领域。

纤维增强复合材料市场分析报告1.引言1.1 概述概述：本报告旨在对纤维增强复合材料市场进行全面的分析和研究。

纤维增强复合材料是一种由纤维(如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等)与树脂基体组成的复合材料，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，在各个领域有着广泛的应用。

本报告将对纤维增强复合材料的定义和特点、市场发展趋势分析以及在各领域的应用情况进行深入研究，为行业相关人士提供全面的市场信息和发展前景展望。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应包括对整篇文章的章节安排进行简要介绍。

例如，可以提及文章将包括对纤维增强复合材料的定义和特点、市场发展趋势分析以及在各领域的应用情况的讨论。

同时，也可以说明文章将对纤维增强复合材料市场的竞争格局和前景展望进行分析，并最后对整篇文章进行总结。

1.3 目的：本报告旨在对纤维增强复合材料市场进行全面深入的分析和研究，以期为相关行业提供可靠的市场数据和发展趋势，帮助企业更好地制定战略和决策。

通过对纤维增强复合材料的定义和特点进行梳理，分析市场发展趋势和应用情况，了解市场竞争格局和前景展望，为投资者、企业和政府部门提供参考和借鉴，推动纤维增强复合材料行业的可持续发展和创新。

1.4 总结纤维增强复合材料市场在过去几年中取得了显著发展，其应用范围不断扩大，市场需求持续增长。

随着技术的不断进步和环保意识的增强，纤维增强复合材料将在航空航天、汽车、建筑、能源等领域发挥更加重要的作用。

与此同时，市场竞争格局也在不断调整，行业巨头和新兴企业纷纷加大对研发和创新的投入。

因此，纤维增强复合材料行业将面临更多机遇和挑战。

未来，随着技术和产品的不断创新，纤维增强复合材料市场将迎来更加广阔的发展前景。

同时，政府的支持政策和环保意识的提升也将为纤维增强复合材料市场带来更多机遇。

我们有信心相信，纤维增强复合材料市场将迎来更加美好的明天。

2.正文2.1 纤维增强复合材料的定义和特点纤维增强复合材料是一种由两种或两种以上不同类型的材料通过一定的加工方法结合而成的新材料。

网址: 2016年全球及中国碳纤维及碳纤维复合材料（CFRP）行业发展现状及趋势全球碳纤维工业化产品以PAN基碳纤维为主，占碳纤维总产量的90%以上。

2015年，全球PAN基碳纤维总产能约达14.2万吨，其中小丝束碳纤维占70%左右。

全球碳纤维的生产主要集中于日本、美国和欧洲企业，2015年全球碳纤维产能排名前五的企业分别为东丽、帝人、西格里、三菱丽阳和台塑，其碳纤维产能之和约占全球总产能的60%。

其中东丽碳纤维产能达4万吨（含卓尔泰克1.3万吨产能），占全球总产能的28%。

2015年，全球碳纤维需求量约为5.9万吨，在航空航天、工业和体育休闲领域的应用比例分别为22%、62%和16%。

其中工业领域对碳纤维需求的增速最快，尤其在汽车、风力发电、压力容器等细分市场。

预计到2020年，全球碳纤维在工业领域的应用比例将达到72%，其中汽车、风电细分市场应用比例分别为23%和21%。

以汽车领域为例：在未来汽车轻量化的发展趋势下，碳纤维复合材料在汽车中的应用比例将越来越高。

目前宝马、奔驰、法拉利、兰博基尼、通用、福特等众多汽车厂商已经涉入碳纤维材料领域，其中进展较快的如西格里和宝马合作已在宝马i3电动、i8混合动力和新7系的车身架构中使用碳纤维材料。

2015年，全球汽车用碳纤维复合材料市场规模约为15.8亿美元，未来几年仍然有望保持30%左右的高速发展。

中国碳纤维产业起步较晚，目前仅T300级碳纤维生产工艺较为成熟，T700、T800实现了关键技术的突破并小批量量产。

但是国内碳纤维生产企业总体技术水平较低、生产成本高，而近3年国际碳纤维价格不断下滑，导致中国碳纤维生产企业普遍经营困难，装置开工率极低。

2015年，中国碳纤维产量仅4000吨左右，自给率不足20%。

2015年，中国碳纤维生产企业有30余家，但是产量达千吨以上的仅有江苏恒神和中复神鹰两家，部分企业碳纤维装置一直处于停产状态。

中复神鹰是中国碳纤维产能最大的企业，达6300吨，其中2100吨为2015年新增产能；恒神股份是新三板第一家从事碳纤维及其复合材料业务的企业，拥有从碳纤维原丝到终端复合材料的完整产业链。

碳纤维增强复合材料技术发展现状及趋势碳纤维增强复合材料是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀、抗疲劳等优点的新型复合材料，已经广泛应用于航天航空、汽车、船舶、体育器材等领域。

近年来，随着科技的发展和需求的增加，碳纤维增强复合材料技术也在不断进步，呈现出以下发展现状和趋势。

1.材料性能提升：随着碳纤维及复合材料制备技术的不断改善，碳纤维增强复合材料的力学性能得到了极大的提升。

例如，新型的高性能碳纤维材料具有更高的拉伸强度和模量，可以满足更高的工程性能要求。

2.成本降低：由于碳纤维和树脂材料的价格较高，导致碳纤维增强复合材料的成本相对较高。

为了降低成本，正在研究开发更加经济实用的碳纤维制备技术，比如通过改变纤维结构、调整成纤维化学组成等方式降低成本。

3.制备工艺改进：为了更好地满足不同工程应用的需求，人们正在不断改进碳纤维增强复合材料的制备工艺。

例如，采用新的纤维排列方式、改变纤维束的堆放方式等，可以提高材料的强度、断裂韧性和耐疲劳性。

4.新型纤维增强材料的研发：除了传统的碳纤维增强复合材料，人们还在研究开发其他类型的纤维增强材料，如陶瓷纤维、金属纤维等。

这些新型纤维材料可以通过与树脂组合使用，进一步提高复合材料的力学性能和耐高温性能。

5.应用领域的拓展：碳纤维增强复合材料已经成功应用于航空航天和汽车行业，而随着技术的进步，复合材料的应用领域将进一步拓展。

例如，在新能源领域，碳纤维增强复合材料可以用于制造风力发电机叶片和光伏支架；在医疗器械领域，可以制备高性能的假体和支架等。

总之，碳纤维增强复合材料技术在不断发展中，其性能提升、成本降低、制备工艺改进、新型材料研发和应用领域拓展等方面都显示出明显的趋势。

这一技术的进步将进一步推动碳纤维增强复合材料在各个领域的应用，并为新材料和新技术的研发提供更加广阔的空间。

天然纤维增强复合材料的应用及发展前景文 | 郭耀伟　蔡　明Application and Development Prospect of Natural Fiber ReinforcedPlasticsAbstract: Natural fiber reinforced plastics (NFRP) is a new type of material that uses natural fibers and a thermoplastic resin matrix or a thermosetting resin matrix to compound. Natural fibers have a unique position in the field of composite materials for their advantages, including low density, good specific modulus performance, good sound insulation effect, recyclability and low price. Therefore, the use of natural fibers as reinforcing materials to prepare composite materials, that is, the sustainability of composite materials, has become one of the development directions of composites science and technology. At present, green composites reinforced by natural fibers have been applied in many industries, including automotive, construction, aviation, rail transit, and sporting goods.Key words: natural fiber; composites; chemical composition; mechanical performance; design method摘要：天然纤维复合材料（NFRP ）是利用天然纤维与热塑性树脂基体或热固性树脂基体复合而成的一种新型材料。

者推荐给工程界使用呻 , 下面分别对这几个理论逐、理论对单向复合材料的预报与实验吻合的相当好个给予简要点评更详细的优缺点分析见文献理论对层合板的最终破坏强度谱以及应力预报也大体上与实验符合一应变曲线的理论与实验值的差异主 , 该宏观强度理论使用简单彼此不产生相互影响的最大应力破坏判据对单向复合材料的强度谱可以、要出现在有较大非线性变形的情况 , 预报的最大应变远远小于实测值并且预报的最终破坏强度谱也与给出基本合理的描述 , 虽然与考虑相互影响的破坏实验有距离当然实际设计中这种有很大非线性变形的结构一般并不多总体上 , , 判据相比在一些载荷点给出的预报值比实测的单向复合材料强度要高相对其它参加评估的强度理论而理论的精度比 , 较高是目前最好的理论之一但该理论使用麻烦之处理论言该理论给出的多层板的初始破坏预报与实验符合 , 强烈依赖于复合材料的实验数据也是其明显的不足的较好通过仔细考虑单层板等效特性参数衰减初、始破坏后的卸载以及加载过程中对纤维的重新定向等措施 , 该理论对考题中几乎每个层合板最终破坏析、该理论的许多重要特色都源自于考虑了一、理论分强度谱的预报与实验相比都在能够合理解释的范围之内另外尽管采用了线弹性材料性能除了个别 , , 种破坏机理一 , 对单向复合材料的一个轴向横向横向剪切以及轴向剪切破坏强度谱的预报与的是 , 问题外该理论给出的应力应变曲线与实验相比也 , 一的预报很相似与理论不同在基本合理的范围内理论是目前精度最理论假设不同破坏机理之间彼此可能一高的理论之一・会相互关联该理论试图综合考虑多重非线性即剪切与压缩应力应变曲线 , , 理论该理论应用最大应变破坏判据并考虑了层合板 , 但有时会遇到计算不收敛 , 的困难尤其对大变形或祸合非线性的情况往往不收敛另外也试图考虑三维外加载荷引起的破坏但并没有相应的实验数据证实尽管该理论整体上的表现的剪切非线性与渐进破坏特性是一个三维理论对单向复合材料受剪切与法向载荷作用下的强度谱影响的破坏判据给出的预报值类似 , 该理论给出的预报值与其他一些不考虑应力间相互而对于受轴向还不错但进一步改进理论模拟与数值计算则是今后 , 需要做的工作・与横向作用的情况 , 该理论并不能得到与所提供的在应力平面内的双 , , 理论可能在复合材料力学界最为有名的强度理论之一实验结果一致的横向压缩强度轴拉伸与双轴压缩象限该理论给出的强度预报值这种明显一就是 , 理论考虑了应力之间的相互影响 , , 比其他几个推荐理论的预报值要高的多对单向复合材料理论的预报精度的确是最高 , 的非保守预报峰值难以通过评估组织者提供的有限的然而对于层合板理论的表现并不是很理 , 实验数据验证该理论的另外一个特点是可以预报出因厚度方向破坏所引起的层合板的初始破坏哪怕沿 , 想该理论对层合板的初始破坏预报比较差对最终破坏强度谱的预报与其他几个理论相比也还有些欠佳由于理论使用了线弹性本构关系 , 厚度方向并未施加任何外载但目前还缺少直接的实 , 对层合验数据证实对层板非线性应力应变曲线的初始部分以及由纤维控制的最终破坏该理论的预报值与实 , 一板强非线性应变的预报与实验结果相差较远但理论与前面的个理论、次与验值的吻合较为合理采用了一种简单基本上也还有效的渐进破坏分析模式但可能在一些受力情况下 , 、理论相比要简单并非很理想理论的总体表现不错 , 在较大今后发展尽管经过“ 范围内与实验结果吻合或接近・破坏分析奥运会” 的严格 , 、认真评理论理论是基于单层板受双轴应力破坏的大量估 , 有种强度理论的表现较为出色以内 , 但精度最高 , 的也只有差在如果严格要求预报值与实验值的误实验研究结果发展而成” 参加此次破坏分析奥运, “ 则精度更低 , 因此 , 总体上复合会评估的大多数理论都应用了某种方法分析基体断裂但 , 材料的强度理论还有待进一步发展对该问题的处理则异常烦琐通过引影响理论的发展背景不难理解该 , 需要指出的是 , 或许受《材料力学》教科书的入若干对照层的断裂机理并考虑断裂平面的方位角复合材料强度理论在很大程度上被简单的理度来实现鉴于解成了破坏判据但要分析复合材料层合板的破坏与强度一般都需要历经个层面即本构理论应力计算破坏判据与刚度衰减因此复合材料强度 , , 、、评估表明的桥联模型是唯一可以计算“ , 纤维和基体中热应力的理论、理论的发展也必须在这 , 个方面加以完善下面着 , 重针对的细观力学强度理论提出一些有待 , , , 研究解决的问题见文【 , 第章页 , 本构理论虽然此次被评估的大部分强度理论中结合了某详细的应力计算公式见文献 , , , 中」第在航空航天应用中如火箭穿过大气层复合材料会因环境温度变化产生热应力其力学性能尤其强度将会受到影响进一步修正和改进桥联矩阵显然会提高这些应 , 种非线性本构方程但除了的理论外其他理 , 论所采用的本构方程一般都只是在线弹性本构基础之上考虑了某些单一方向的复合材料非线性变形影力的计算精度破坏判据从前面的介绍可以看出宏观力学的破坏判据尤其是精度排在前 , , 响这些本构模型基本上都与或者提出的剪切非线性模型和和在年在 , 相年提出的多模量非线性模型阳】同或相似、名的那些理论一般都较为成其本质是所得到的本构方程在形式上与线弹性本构方程相同正应力不产生剪应变剪应力不产生正应理论表变然而经典的塑性理论如明材料进入塑性后且存在应力祸合时剪应力将导致线应变正应力也产生剪应变十分明显一个完 , , , 、一熟 , 大致能反映复合材料的一些破坏规律比如 , 相对而言细观力学尤其 , , 的强度理论所采用的最大正应力破坏判据则比较粗糙 , 根据该破坏判 , 据无论受到何种载荷作用只要基体中的第一主应力超过了极限值就认为复合材料破坏了对应的外 , , 善的复合材料非线性本构理论必须要满足所谓的一致性条件当纤维消失或变得与基体材料相同时由 , 该理论描述的复合材料本构方程能够蜕化成各向同一性基体材料的经典弹塑性本构方程从前一节的介绍可知致性条件 , 载定义为复合材料的强度但是各向同性材料特别是树脂基体材料单向拉伸强度与纯剪切强度通常并不相等而第一主应力计算则类似都分别等于外加 , , , 应力于是若基体的拉伸强度为 , 、剪切强度或所有其他非线性本构方程都不满足该一 , , 为 , , , 那么 , 无论将其极限值定义为 , 都将导致对另一种加载强度的预报失真若与实测的相差粼当纤维消失即 , 当纤维变为基体材料时式明同样得出夙 , 页 , 式给出民 , 二 , 二‘, 李一取前者则预报的拉伸强度与实验一致但预报的剪切强度 , 有乙珍、 , 若取后者则预报值与 ,珍因此 , 只有的已经证预报的拉伸强度又与实测的相差 , 理论满足上述一致性条件事实上文献【建立纤维增强复合材料非线性本构关系可知 , 的误差由于纤维分担了实验值之间至少将有基体强度的预报失真度会在对复合材料载荷使得对强度的预报中进一步放大因此 , 的充分必要条件是要确定纤维和基体中的内应力该破坏判据甚至、由式和式这一充要条件可以归结为对单层板的导致个主轴强度参数轴向拉压横向拉压的强度理论计算精度没能进入最高行列便不难得出结桥联矩阵心的确定再根据式维增强复合材料非线性本构理论完全可以通过论纤确定桥联矩阵的方法来建立要进一步完善纤维增强复合材料的非线性本构理论也完全可以通过修正和 , 以及面内剪切强度都不能全部做到精确预报这是的一个主要误差源发展细观力学的破坏判据近期研究的一个重点 , 在现有应力计算的改进桥联矩阵来实现应力计算基础上进一步提高预报复合材料强度的精度应该是宏观力学的强度理论只需要确定每一个单层分担的应力就可以了 , 刚度衰减宏观力学强度理论中采用的刚度衰减比较成功 , 但宏观力学的分析方法难以确 , 定热应力或热残余应力因为热应力的出现是由于 , 尤其、理论的刚度衰减模型具有独到之纤维和基体的热膨胀系数不等所致 , 是纤维和基体、处从第、节的介绍可知 , 理论在本构方 , , 中的内应力当复合材料本身不受任何外载完全不受约束可以自由伸缩时横截面上的应力为程应力计算破坏判据方面都十分平常但计算精在 , 度却达到了最高据此可以断定 , 的刚度及温度改变的情况下 , 尽管复合材料合应力为但纤衰减是行之有效的限于篇幅本文未对 , 维和基体的内应力不为这种热应力只能通过细观其他宏观力学强度理论的刚度衰减原理展开讨论如何借鉴这些比较成功的刚度衰减模型发展适合于细力学基于对组份材料分析的方法来确定观力学强度理论的有效刚度衰减算式也是有待研究 , , 的课题一记“ ,化 , , 结论 , 肠 , 落 , , 作为一种结构材料 , 纤维增强复合材料的极限“ ” , 承载能力是工程中最需要了解和掌握的一种材料性能参数本文依据前不久完成的破坏分析奥运会, ‘ ‘ 云。

新型纤维增强复合材料的研究与应用随着科技的不断进步，新型材料的研究和应用也日益受到关注。

在众多新材料中，纤维增强复合材料因其独特的性能和广泛的应用领域而备受瞩目。

本文将探讨新型纤维增强复合材料的研究进展以及其在不同领域的应用。

首先，我们来了解一下什么是纤维增强复合材料。

纤维增强复合材料是由纤维和基体组成的复合材料。

纤维通常由高强度的材料制成，如碳纤维、玻璃纤维和聚合物纤维等。

而基体则是固化剂和填充剂的混合物，可以是树脂、金属或陶瓷等。

这种复合材料的独特之处在于纤维的高强度和基体的韧性相结合，使其具有优异的力学性能和耐久性。

在纤维增强复合材料的研究中，碳纤维是一个热门的研究方向。

碳纤维具有轻质、高强度、高刚度和耐腐蚀等特点，因此在航空航天、汽车制造和体育器材等领域有广泛的应用。

然而，碳纤维的生产成本较高，且在高温和湿度环境下容易发生氧化和脆化。

因此，研究人员致力于改进碳纤维的制备工艺和增强效果，以提高其性能和降低成本。

除了碳纤维，玻璃纤维也是常用的纤维增强材料。

玻璃纤维具有良好的绝缘性能、耐腐蚀性和低成本等优点，广泛应用于建筑、电子和船舶制造等领域。

然而，玻璃纤维的强度和刚度相对较低，且容易破碎。

因此，研究人员正在探索如何改善玻璃纤维的性能，并寻找更好的替代材料。

在纤维增强复合材料的应用领域中，航空航天是一个重要的领域。

由于纤维增强复合材料具有轻质、高强度和耐腐蚀等特点，使其成为制造飞机和航天器的理想材料。

纤维增强复合材料的应用可以减轻飞机的重量，提高燃油效率，同时增加飞机的结构强度和抗冲击性能。

此外，纤维增强复合材料还可以用于制造航天器的外壳和热屏障材料，以保护航天器免受高温和高速空气流动的影响。

除了航空航天领域，纤维增强复合材料还在汽车制造、建筑和体育器材等领域得到广泛应用。

在汽车制造中，纤维增强复合材料可以减轻汽车的重量，提高燃油效率，并增加车辆的安全性能。

在建筑领域，纤维增强复合材料可以用于制造高强度和耐久性的结构材料，如桥梁、楼梯和墙板等。