复合材料力学性能PPT演示课件VIP

聚合物复合材料,.,1,Review,第4章 纤维复合材料及其制造方法4.1 聚合物基复合材料4.2 碳基复合材料4.3 混杂纤维复合材料4.4 其他复合材料,.,2,Content,第5章 复合材料力学性能5.1 概 述5.2 各向异性弹性材料力学基础5.3 单层板的弹性特性5.4 单层板的强度理论5.5 复合材料的力学性能试验5.6 单向复合材料各组分的强度准则5.7 复合材料单向层板均匀各向同性材料的强度理论5.8 纤维复合材料的疲劳行为5.9 单向复合材料的破坏模式,.,3,5.1 概述, 复合材料力学性能的特点复合材料的力学性能很大程度取决于增强纤维的性能、含量及排列方式,按纤维的排列方式，从力学角度，复合材料分为单向（纤维增强）复合材料双向（正交纤维增强）复合材料多向（纤维增强）复合材料三向正交（纤维增强）复合材料乱短纤维增强复合材料,.,4,.,5, 复合材料力学分类,.,6,a)细观力学研究单向（或单层）复合材料的平均物理性能与各相材料的物理性能和相几何之间的关系，以及研究复合材料非均匀介质各相内部的真实应力与应变场分布。,阐明复合材料性能的机理，并作为复合材料设计的理论基础,b)复合材料的结构力学研究对象是用复合材料组成的各种结构件,.,7,5.2 各向异性弹性材料力学基础,应力-应变关系确定着材料的刚度、强度、变形及失效等性能与状态, 应力应力分量和平衡微分方程应力变换幂函数形式变换公式倍角函数形式变换公式应力转轴公式,.,8, 应变：弹性体变形的度量应变变换应力-应变关系弹性应变能, 特殊材料的虎克定律,.,9,5.3 单层板的弹性特性,.,10, 单层板的主方向的弹性特性, 单层板非弹性方向的弹性特性,应力和应变的转轴公式非弹性主方向的应力应变关系,.,11,5.4 单层板的强度理论,最大应力理论最大应变理论蔡-希尔强度理论蔡-吴应力张量多项式理论,.,12,5.5 复合材料的力学性能试验, 拉伸试验,.,13,.,14,压缩试验,.,15,剪切试验,层间剪切试验,.,16,弯曲试验,.,17,5.6 单向复合材料各组分的强度准则,.,18, 聚合物基体的强度,.,19, 纤维强度,依赖于纤维表面裂纹的情况基体的存在使单根纤维断裂的影响有限,.,20, 粘结强度,界面强度作用机理吸附和浸润,.,21,相互扩散静电吸引,.,22,化学键结合,玻璃纤维,碳纤维,.,23,机械粘着,.,24,5.7 复合材料单向层板均匀各向同性材料的强度理论,最大主应力理论最大主应变理论最大剪应力理论最大总应变比能理论最大剪切应变比能（畸变能）理论双剪应力理论库伦理论摩尔理论,理论选用原则材料的性质（塑性还是脆性）受力情况（位于应力坐标平面中的哪一个象限）,.,25,5.8 纤维复合材料的疲劳行为,研究的意义根据要求的疲劳性能选择材料评估结构的疲劳损伤按要求的疲劳寿命保证结构的安全可靠性,疲劳的定义在周期性交变载荷作用下材料发生的破坏行为，论述了材料经受周期应力和应变时的失效过程。,.,26, 复合材料的疲劳损伤,1） 在疲劳过程中，尽管初始损伤尺寸比金属材料大，但疲劳寿命比金属长；2）疲劳损伤是累积的，在破坏前，损伤已有了较大的发展，有明显的征兆，而金属材料的破坏又很大的突发性；3）在高应力出现较大范围的损伤，表现出非常复杂的疲劳破坏行为，很少出现金属材料的单一裂纹控制的破坏机理。,.,27,.,28,.,29,.,30, 复合材料的疲劳性能及其影响因素,研究方法测定在不同受力状态下的应力-寿命（S-N）曲线特点：复合材料没有明确的疲劳极限复合材料的疲劳寿命与疲劳极限又很大的分散性碳纤维强度分散度：10%玻璃纤维强度分散度：15%环氧树脂强度分散度：10%,疲劳试验的试件最少10-15个,.,31,平均应力和循环应力比加载频率缺口组成与铺层方式环境温度和湿度,影响疲劳寿命的因素,.,32, 疲劳寿命的预测,疲劳寿命预测的理论模型疲劳裂纹扩散速率基体材料及短纤维增强复合材料累积损伤理论连续纤维增强复合材料剩余强度理论,.,33,5.9 单向复合材料的破坏模式,单向复合材料的破坏模式影响因素纤维和基体的种类材料内部各种缺陷及损伤 材料局部的微小缺陷 制造缺陷：气泡、空隙、贫或富胶、夹杂物、不正确的纤维取向 使用损伤：划伤、擦伤、边缘损伤、冲击引起的分层、脱胶 环境损伤：湿膨胀、热冲击造成的分层和脱胶、表面氧化,.,34, 纵向拉伸破坏,至少三种破坏模式：脆性断裂伴有纤维拨出的脆性断裂伴有纤维拨出、界面基体剪切或脱胶破坏的脆性断裂,.,35,.,36, 横向拉伸破坏, 纵向压缩破坏横向开裂或破坏,基体拉伸破坏；脱胶或纤维横向撕裂,.,37,基体剪切破坏；基体剪切破坏的同时伴随脱胶或纤维横向破碎, 横向压缩破坏,.,38, 面内剪切破坏,基体剪切破坏基体剪切破坏并