复合材力lecture-1课件

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1、复合材料力学黄争鸣参考书：黄争鸣，《复合材料细观力学引论》，科学出版社，北京，2006.沈观林，《复合材料力学》，清华大学出版社，北京，1995.布赖恩·哈里斯(英)，《工程复合材料》,化学工业出版社材料科学与工程出版中心,2004.复合材料力学第一章、引言1.1基本概念固体材料一般分为四大类：金属、陶瓷、聚合物与复合材料。前三类是各向同性的，第四类为各向异性的。复合材料是由两种或两种以上性能各异的单一材料，经过物理或者化学的方法组合而成的一种新型材料。复合材料分为天然与人工合成两大类。天然复合材料种类繁多，包括一些动、植物组织如人的骨格。我们只讨论人工合成复合

2、材料。大多数人工合成的复合材料都是由两相构成：一个是增强相，为非连续体；另一个是基体(matrix)相，为连续体。复合材料力学第一章、引言最早的复合材料案例可能是古人将杂草（稻草）与泥土混合糊制的砖墙。现代复合材料一般是指以玻璃纤维为增强体的复合材料，出现在上世纪40年代（玻璃纤维诞生）。先进复合材料则是指以碳纤维、硼纤维、SiC纤维为增强体的复合材料，出现在上世纪60年代。增强相可以是连续纤维（长/径比L/d105），短纤维（包括须茎、片、块等,L/d=5~200),颗粒或粉末(L/d=1~2)。连续纤维的增强能力最高，增强效果最好。Griffith在192

3、0基于前人和他自己的实验结果，发表了一篇著名论文：纤维直径越细、强度越高。复合材料力学第一章、引言随直径减小，玻璃纤维拉伸强度趋向于原子间的内聚强度11,000MPa随直径减小，玻璃纤维拉伸强度趋向于玻璃板材的强度170MPa这是因为细小的纤维直径直接导致以下结果:1)更少、更小的微观裂纹；2)聚合物链延展并取向；3)结晶更少并且晶体间的断层密度更低；等等。复合材料力学第一章、引言复合材料之所以被采用，主要原因是其性能难以由其中任何单一的组份材料所提供。纤维拉伸强度高，但不能承受压应力；聚合物韧性好、抗腐蚀，但强度不高。传统上，根据复合材料的用途可分为功能复合材

4、料与结构复合材料两类。功能复合材料主要是为满足一些特殊的功能要求而发展的，如导电复合材料、吸波复合材料，在金属中添加陶瓷颗粒以增加复合材料的耐磨损性，等等。结构复合材料则是为满足不同领域的结构性能要求而发展的。虽然在有些领域结构和功能特性都同样重要，但要同时兼顾往往比较困难。本课程只讨论结构复合材料的力学性能分析计算。复合材料力学第一章、引言复合材料力学同时采用理论与实验的方法研究复合材料的宏观力学特性，又称为等效力学特性。复合材料的力学性能主要依赖于:1)组成材料的力学性能;3)增强体的含量;复合材料的理论分析方法分为宏观力学理论与细观力学理论。2)增强体的结

5、构形式（如连续纤维与短纤维的增强效果不一样）;4)增强体的排列方式。复合材料力学第一章、引言宏观力学(Macromechanicalorphenomenological)理论:根据沿某些特定方向测试得到的复合材料的宏观力学性能预报其受其它任意载荷的力学特性。细观力学(Micromechanical)理论:仅仅根据组成材料的力学性能预报复合材料受任意载荷作用的力学特性。细观理论与宏观理论相比的优点:只需一次性确定组成材料的性能参数,大大节省时间与金钱；可以事先由组成材料设计复合材料的性能。复合材料力学第一章、引言1.2复合材料的分类基于增强结构形式的分类:复合材料

6、3D复合材料2D复合材料UD复合材料,平面层合板UD杆,针织复合材料,编织复合材料,机织复合材料,缝织复合材料,无纺布复合材料短(短切)纤维复合材料，须茎增强复合材料，片、块增强复合材料(L/d=5~200)连续纤维复合材料(L/d105)颗粒复合材料,粉末复合材料(L/d=1~2)UD=单向(unidirectional)2D=二维3D=三维复合材料力学第一章、引言单向纤维短纤维颗粒/粉末机织布编织布针织布典型的增强结构形式:复合材料力学第一章、引言在各种复合材料中，单向纤维增强复合材料(UDcompositesorUDlaminas)是最重要的。1)它们被

7、用来构造层叠复合材料；=1<0x1=2=0=3>0xx1yz[1/2/3]复合材料力学第一章、引言2)任何连续纤维增强复合材料都可以分解成一系列单向复合材料的组合。xyx1x2(d)单向复合材料(c)特征体元xyz(a)针织复合材料ydxxdyydxyx(b)单胞yx复合材料力学第一章、引言如果对单向复合材料的细观力学分析能够实现的话，则对任意连续纤维增强复合材料也能够进行。另外

8、一种对复合材料进行分类的