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1、會計學1材料力學性能材料力學性能 復合材料的力學性能復合材料的力學性能 材料材料力學性能力學性能 講義講義6/7/20222第1頁/共60頁6/7/20223第2頁/共60頁6/7/20224本章討論的是作為結(jié)構(gòu)材料使用的纖維復合材料，指以高性能的碳纖維、陶瓷纖維、芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺）纖維、晶須等為增強體，以金屬、陶瓷、聚合物為基體的先進復合材料。第3頁/共60頁6/7/20225第4頁/共60頁6/7/20226第5頁/共60頁6/7/20227第6頁/共60頁6/7/20228(3) 抗疲勞性好n金屬、陶瓷材料的疲勞破壞是沒有明顯預兆的突發(fā)性破壞，而纖維復合材料中纖維和基體的界面能

2、阻止裂紋擴展，所以纖維復合材料疲勞破壞總是從纖維的薄弱環(huán)節(jié)開始，逐漸擴展到結(jié)合面上，破壞前沒有明顯預兆。第7頁/共60頁6/7/20229(4) 減振性能好n通過改變纖維、基體的種類和相對含量，纖維集合形式及排布方式等可滿足復合材料結(jié)構(gòu)和性能的設計要求。n復合材料的高比強度、高模量的特點，是由于這種材料受力時高強度、高模量的增強纖維承受了大部分載荷，基體只是作為傳遞和分散載荷給纖維的媒介引起的。(5) 可設計性強第8頁/共60頁6/7/202210第9頁/共60頁6/7/202211第10頁/共60頁6/7/202212n單向復合材料的強度和鋼度都隨方向而改變，有五個特征強度：n（1）縱向抗拉

3、強度、（2）縱向抗壓強度、n（3）橫向抗拉強度、（4）橫向抗壓強度、n（5）面內(nèi)抗剪強度。n有四個特征彈性常數(shù)：n（1）縱向彈性模量、（2）橫向彈性模量、n（3）主泊松比、（4）切變模量。第11頁/共60頁6/7/202213第12頁/共60頁6/7/202214第13頁/共60頁6/7/202215第14頁/共60頁6/7/202216第15頁/共60頁6/7/202217第16頁/共60頁6/7/202218第17頁/共60頁6/7/202219第18頁/共60頁6/7/202220n 是纖維全部分散、互不接觸，獨立時的橫向彈性模量，是橫向彈性模量的最小值；n 是纖維全部接觸、連通時的橫向

4、彈性模量，是橫向彈性模量的最大值。第19頁/共60頁6/7/202221第20頁/共60頁6/7/202222根據(jù)纖維與基體軸向并聯(lián)模型所得到的切變模量：第21頁/共60頁6/7/202223第22頁/共60頁6/7/202224第23頁/共60頁6/7/202225橫向泊松比：當沿垂直于纖維方向彈性拉伸時，其縱向應變與橫向應變之比：第24頁/共60頁6/7/202226n（一）縱向抗拉強度n玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維增強的熱固性樹脂基復合材料的變形特性只有I、IV階段；n金屬基和熱塑性樹脂基復合材料，包含第II階段；n脆性纖維增強復合材料，觀察不到第III階段，而韌性纖維復合材料有第

5、III階段。第25頁/共60頁6/7/202227第26頁/共60頁6/7/202228第27頁/共60頁6/7/202229第28頁/共60頁6/7/202230第29頁/共60頁6/7/202231第30頁/共60頁6/7/202232（二）縱向抗壓強度第31頁/共60頁6/7/202233第32頁/共60頁6/7/202234第33頁/共60頁6/7/202235第34頁/共60頁6/7/202236第35頁/共60頁6/7/202237第36頁/共60頁6/7/202238第37頁/共60頁6/7/202239第38頁/共60頁6/7/202240第39頁/共60頁6/7/202241

6、第40頁/共60頁6/7/202242第41頁/共60頁6/7/202243第42頁/共60頁6/7/202244第43頁/共60頁6/7/202245第44頁/共60頁6/7/202246第45頁/共60頁6/7/202247n復合材料中，基體因強度低，所以在材料受載時先于纖維變形，到復合材料完全斷裂時，纖維周圍的基體也隨之斷裂。(2) 基體變形和開裂n若裂紋穿過基體擴展遇到纖維時，裂紋可能分叉，轉(zhuǎn)向平行于纖維方向擴展。裂紋可在基體內(nèi)，也可沿界面擴展，取決于界面與基體的相對強度。如果界面結(jié)合較弱，就將使纖維與基體脫膠。(3) 纖維脫膠第46頁/共60頁6/7/202248n這是發(fā)生在層合板情

7、況下的一種損傷。當裂紋穿過層合板的一個鋪層擴展時，其尖端遇到相鄰鋪層的纖維，可能受到阻滯。n但因與裂紋尖端相鄰的基體中切應力很高，裂紋可能分枝出來，開始在平行于鋪層平面的界面上擴展，形成分層裂紋。(5) 分層裂紋第47頁/共60頁6/7/202249第48頁/共60頁6/7/202250第49頁/共60頁6/7/202251第50頁/共60頁6/7/202252第51頁/共60頁6/7/202253第52頁/共60頁6/7/202254第53頁/共60頁6/7/202255偶聯(lián)劑：是一類具有兩不同性質(zhì)官能團的物質(zhì)，它們分子中的一部分官能團可與有機分子反應，另一部分官能團可與 無機物表面的吸附水反應，形成牢固的粘合。偶聯(lián)劑在復合材料中的作用在于它既能與增強材料表面的某些基團反應，又能與基體樹脂反應，從而增強了增強材料與樹脂之間粘合強度，提高了復合材料的性能。按偶聯(lián)劑的化學結(jié)構(gòu)及組成分為有機鉻絡合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸化合物四大類。 第54頁/共60頁6/7/202256第55頁/共60頁6/7/202257第56頁/共60頁6/7/2022583. 缺口的影響4. 界面性質(zhì)的影響第57頁/共60頁6/7/202259第58頁/共60頁6/7/202260第59頁/共60頁