新型的复合材料

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1、新型的复合材料复合材料是一类新型材料，其强度高、刚度大、质量轻，并具有抗疲劳、耐高温、减振、 可设计等一系列优点，近几十年来，在航空航天、能源、交通、建筑、机械、信息、化工、 医疗和体育等部门日益得到广泛应用。复合材料是一种多相材料，它具有非均匀性和各向异 性，其强度和刚度分析的理论与方法不同于金属材料。随着对复合材料力学特性的深入研究， 已经形成了复合材料力学学科体系并得IC现货商到蓬勃发展。国内外许多高等院校巳将复 合材料力学列为力学及相关专业本科生和研究生的必修和选修课程。为了满足高等学校力学 专业本科生和研究生的复合材料力学课程教学的需要，笔者在参考国内外复合材料力学书籍 的基础上，结

2、合多年来从事复合材料力学教学的体会，编写了这本复合材料力学基础。本书阐述了连续纤维增强复合材料力学基础、复合材料宏观力学基本理论和分析方法。 全书内容分为7 章。第1窜是复合材料概述，第2章介绍变形体几何分析和基本守恒原理， 第3章是线弹性各向异性弹性力学本构方程，第 4章为复合材料单层板理论，第 5章是复合 材料单层板强度理论，第6 章是复合材料层合板理论，第7章介绍复合材料层合板弯曲、屈 曲和振动。本书可供高等院校力学及相关专业本科生、研究生复合材料力学课程作为教材使用，也 司供有关科技人员学习参考。复合材料是指两种或两种以上具有不同性能的材料在宏观尺度 上组合成的一种多相材料。每一种组成

3、材料称为复合材料的组分，包容组分称为基体材料（简 称为基体），被包容材料称为增强材料，基体艾博希电子与增强材料的结合面称为界面（基体 与增强材料在其界面上束发生化学反应，无相互溶解）。在工程上，复合材料是指通过物理 和化学方法格一种（或几种）材料按照一定方式加入到另一种材料中，从而克服单一材料性能 的某些弱点。对于复合材料力学，单一材料性能的改善主要是指材料的力学性能（比强度、 比刚度、耐腐蚀和耐磨损、湿热效应等）。从不同的角度来看，复合材料具有不同的含义。如果披原子或分子的层次，从微观尺度 严格意义上来讲，几乎所有材料都可以被认为是复合材料（如通常的合金类材料）。因此，上 述关于复合材料的定

4、义是宏观意义上的。如果按丁程I、2用的性质来分，又可分为两大类： 具有特殊功能的功能性复合材料（导电复合材料、烧蚀复合材料、滓阻复合材料等）；由基体 材料和增强析料组成的结构复合材料（颗粒增强材料与基体材料构成的颗放复合材料，纤维 增强材料与基体构成的纤维增ABC电子强复合材料，一种或一种以上片状增强材料与基体 构成的层复合材料）。本书中所指的复合材料均是纤维增强复合材料。11 纤姓增强复合材料的贫类 纤维增强复合材料可以按照纤维材料的不同和基体材料的不同进行分类G为4. 8X10。1J “。共符威足强反问、延1g毕权人；N出半里索取肋M6, zM、MM*” 纱、纤维布（带、绳等）。（2）硼纤

5、维。硼纤维是由网蒸气在钨丝上沉积制成的（以钨丝为芯、沉积砌为表面的复相 材料）纤维。硼纤维成本高,钨丝的直径较大（难以制成织物）,因此影响了其应用和发展。碳纤维。碳纤维由各种有机纤维（主要是聚丙烯腊纤维一 一PAN）经过两次热处理碳化、石墨化制成。碳纤维和石墨纤维属于同类材料（2000C以下热处理得到的是碳纤维，接 受3000霓热处理得到的是石墨纤贴片钽电容维）。碳纤维（直径一般为6 一 Io Pm）又可细分为 高强度、高模量、极高模量等几种。碳纤维特点是制作工艺较简单，相对硼纤维价格便宜 其密度比玻璃纤维小，模量比玻璃纤维高；碳纤维应力应变关系为一直线，且直到纤维断 裂之前其变性行为呈现为弹

6、性性质；与其他纤维不同，碳纤维的热膨胀系数具有各向异性性 质（沿纤维方向，垂直纤维方向为22X1。“一 32XloC）；碳纤维可以制成各种织物。纤维增强复合材料一般有以下几种构造形式：纤维在基体按一个方向整齐排列，或双向纤维交织排列在平面或曲面）内所构成的复 合材料称为单层复合材料（简称单层板）。如图 1. 1 所示，图中 l 表示纤维方向，且称为纵向， 图中 2 表示垂直于纤维方向，且称为横向；图中3 表示沿单层板厚度方向。用1， 2， 3 表示 的三个方向称为单层板主轴。单层板为不均匀材料，虽然纤维和基体分别为各向同性材料 但由于纤维排列具有方向性，或交织纤维在两个方向含量不同，因此单层板

7、一般是各向异性 的。因 L1 单层复合材料（a）4 自 69,（b）交 909单层板纤维起增强和主要承载作用；基体起着支承纤维、保护纤维 传递载荷（载荷传递的机理是在基体中产生切应力）的作用。2.曼层复合材料由单层板按照事先预定的纤维方向和次序铺放成叠层形式，进行鼓合，再经过加热固化 处理而得到的复合材料称为叠层复合材料（简称层合板）。对于纤维增强复合材料，层合板一 般是由不同方向的纤维层组成的，以满 TDK 电感足在不同的方向获得不同的强度和刚度要 求。如图L 3所示为四层单层板组成的纤维增强复合材料层合板。图中b）, （c）, （d）, （e） 表明了纤维增强复合材料层合板的铺设方式和铺设顺序（这种铺设方式和铺设顺序通常表示 为。其他维增强复合材料层合板的铺设方式和铺设顺序的表示见层合板的强度和刚度分析）。层合板也是各向异性非均质材料,且层合板这种各向异性非均质性质远较单层板复杂,因此对于层合板的力学分析计算比单层板复杂得多。hymsm%ddz