复合材料的复合效应ppt课件

复合后材料的影响特性，线性效果，非线性效果，平均效果，并行效果，相位互补效果，到达效果，乘法效果，诱导效果，共振效果，系统效果，5.3复合材料的复合效果，5.3.1材料的复合效果。平均效果，显示的复合材质最常见的复合效果之一Pc=PmVm PfVfP是材质特性，y是材质体积含量。角度c、m、f分别表示复合材料、矩阵和加强材料。例如：复合材料的弹性系数Ec=EmVm EfVf，组成复合材料的每个群组在复合材料中保持其自身的作用。也就是说，没有限制，没有补偿。例如：加强板(纤维)基体界面弱的复合材料。平行效果，构成复合材料的基体和加强材料在性能上具有互补作用，在提高集成性能的情况下，显示出互补作用。在脆性高强度纤维增强材料和韧性基复合材料的情况下，两个顶板通过适当结合形成的复合材料的特性表现为加强材料和基体的互补。相补效果，矩阵和加强材料构成复合物时，组件之间的性能相互制约，限制整体性能提高，结合后的抵前效果。(1)脆性纤维增强材料韧性矩阵=复合材料(强界面结合)以脆性断裂表示。(2)玻璃纤维增强塑料硅烷偶联剂=树脂基体组成的复合材料拉伸强度高30 40%，湿强度保持率也有很大提高。这种强耦合的界面同时降低了复合材料的冲击特性。在金属、陶瓷基增强复合材料中，过强的界面结合不一定是最合适的。到达效果，将具有乘法效果、变换效果的两种材质组合在一起，产生乘法效果。这种组合可以很广泛，并用于设计功能组合。电磁效应材料磁光效应材料=电光效应复合材料x/y. y/z=x/z合成一种功能材料x/y和另一种能量交换材料y/z，两种特性相互转换。其中x、y、z分别表示各种物理特性。常识与产品表达式一致，因此称为乘法效应。在一定条件下，复合材料的一个元件可以通过诱导作用改变另一个元件的结构，从而改变整体性能或产生新的效果。(1)结晶纤维增强体对非晶基质的诱导结晶或结晶基质的结晶取向的影响。(2)在碳纤维增强尼龙或聚丙烯中，由于碳纤维表面对基体的诱导，侧穿结晶等界面的结晶状态和数量发生了变化，对尼龙或聚丙烯有特殊作用。诱导效果，共振效应，在特定条件下，两个相邻的材料产生机械或电子、磁共振。由其他材料元件组成的复合材料的自然频率不同于原始元件的自然频率，复合材料中某个部分的结构变更时，复合材料的自然频率也会变更。使用此效果，您可以根据外部工作频率变更复合材料的自然频率，以防止工作时材料受损。对于吸收材料，根据外来波长的频率特性调整复合材料频率，也可以达到吸收外来波的目的。作为材料的复杂效果，到目前为止，这种效果的机制还不清楚，但在实际现象中已经发现了这种效果的存在。例如，替代叠层涂层的硬度大于原始单涂层的硬度和线性混合率估算的值，说明了形成复合系统所产生的现象。即可从workspace页面中移除物件。系统效果，以上各种复合效果是复合材料科学的研究对象和重要内容。这也是新复合材料开发的基本理论问题，特性分类，唯一特性，传递特性，强度特性，转换特性，复合材料不相互作用的材料性质。这些性质通常是材料性质(例如材料的密度和比热容)的视觉表现法。它们本质上表示物质所含的质量和能量的极限，在数学上，这个量是标量。复合材料的固有特性在元件复合前后其质量和能量的总含量保持不变(包括复合过程的能量变化量)。此时，复合材质的特性是每个相位组件的和，与每个拓扑的几何图形状态、分析状态无关。固有特性，在密度、比热标量和样式中，是材料的特性，i是元件材料的特性，而v是元件体积的含量。常识是混合定律。对于复合材料，属于固有特性的物理量必须遵循混合法。要注意，复合材料的某些特性类似于服从混合法，但本质上不服从混合法。材料的传递特性是当材料外部活动时，表征通过材料的通量阻力大小的物理量，例如热导率、导电率(电阻率)。这种性质实质上表征了物质内微粒的运动状态和通过运动传递能量，物质的能力。对于复合多相系统，由于传递特性的差异、相结构和相位边界条件的差异，传递路径、速度和均匀材料不相同。从物理角度看，即使一维均匀流是由活动场输入的，输出的通量仍然是非均匀杂散流。传递特性，作为最简单的传递方法，有串行和并行两种基本形式。对于复杂的多相结构，通常可以采用这两种形式的多种组合。材料阻抗具有不同物理场传递的物理意义。表征材料在电场作用下对材料电阻率的导电性。表征材料在热传导时的传热性能。对于复杂系统的传热，系统的导热系数。导热系数(导热系数)，导电(电阻)，型式中是材料的性质，i是元件材料的性质，v是元件体积的含量。(广义欧姆定律)，材料的强度特性是材料承受外部作用场限制的特性，此概念同样适用于结构体系。材料的机械强度是材料承受外力(例如抗拉强度、冲击强度等)的极限能力。材料对电场的耐受性是电击穿强度。对于异质复合材料，材料外部作用场的承载能力与外部作用场的分布、分组相之间的相互作用有关，而不是与各组分支承载力的叠加有关，与各阶段的元件含量、几何状态、分布状态和失败过程有关。强度特性，转换属性：表示材质在一个场作用下生成另一个新场量。表征两个场量的相互关系称为转换关系。材料在电场作用下产生热，在热作用下产生光，在应力作用下发生变化是材料的转换特性。变换特性是表征外部作用现场相位变化的材料的微观结构。材料的转换性质通常是张量。转换特性，对于复合材料，其转换特性除了取决于每个分点的微观结构外，还取决于与每个分点的相互作用。由于不同组件的转换特性不同，复合材料的转换特性较为复杂。上述材料复合的乘法效果是复合材料转换特性的典型效果。材料转换性质的复杂性使确定一般规则变得困难。不同性质的转换往往要以其特性为基础，分析复合系统宏观和微观场的数量才能确定。在分析方法中，meso-mechanics可以使用材料力学、弹性力学和半经验方法。在材料力学中，对代表性体积单位做了简单的假设，得出了更简单、更实用的结果。弹性力学从成分材料的不均匀性和某些相形状的特定假设开始，使用弹性理论进行分析，推导出更复杂、更长的公式，并引入了无法确定的相形状条件参数。半经验法则是一种修正，以meso-mechanics分析为基础，根据宏观实验值得出的计算结果与实验值接近。，5.5机械性能复合原理，等初始应力假定加强材料和基体材料均匀、连续、等。纤维以相等的间隔排列，特性和直径也均匀。纤维和基体的初始应力相同，为零。变形一致性假设(综合假设)复合材料接收的负载由加强材料和矩阵材料共同承担。纤维与基体紧密粘合，整体受力变形。在界面被破坏之前，纤维和基质不会滑动。线弹性假设：当弹性范围受到负载时，纤维、矩阵和复合材料的应力和变形是线性关系，并遵循霍克定律。不考虑泊松效应：在讨论纵向力时，不考虑纤维和基体根据泊松比不同的横向变形。5.5.1 meso-mechanics的基本假设，5.5.2连续介质力学基本方程平衡方程，物理方程式各向同性材料，按纤维排列，从机械角度看复合材料为单向纤维增强复合材料：以连续纤维为增强材料，所有纤维在同一方向平行排列的复合材料。(单向板)纤维体积分数60-75%。重要的各向异性。5.5.3单向纤维复合材料的力学性能，1，单向连续纤维增强复合材料的弹性常数预测，简化为复合单向板、薄板模型I和薄板模型II。模型I称为内嵌模型。这意味着纤维完全分离为基质，纤维所占比例较小时适用。模型II称为并行模型。也就是说，如果纤维水平完全连接，并且纤维所占的比例很高，则使用此方法。实际情况通常是两者之间的状态。1，串联模型的弹性常数，(1)垂直弹性系数，静态关系，几何关系，物理关系或，(2)水平弹性系数，或，(3)主泊松比，(4)面内剪切弹性系数，或，2，平行模型的弹性常数，(1)垂直弹性系数与纵向弹性系数相同，(2)侧弹性系数为(3)主蒲松氏比，(4)面内剪切弹性系数，以玻璃/环氧树脂复合材料为例，说明板材模型的预测精度，组件材料的参数为Ef=68.9GPa，f=0.23，Em=68.9GPa，m=0.36；理论预测与实验比较。3，材料力学方法预测，修正，理论与实验结果比较，但仍有一些分散，主要原因是韩氏考虑了标准内纤维约束引起的三轴应力情况。Ekvall是考虑泊松收缩的修正公式，4，植村山威胁，称为接触系数的c表示纤维的侧面接触程度，c=0表示纤维的侧面完全分离(相应的模型I)，c=1表示纤维的侧面完全接触(相应的模型II)，实际情况的c值介于0和1之间。从实用的角度来看，c值可以通过实验得到。因此，这种方法实际上是半经验方法。植村等通过单向玻璃纤维/环氧复合材料测试，提出了经验公式，halpnin和Tsai使用简化方法。表示复合材料弹性特性的预测方程，5 .halpnin和Tsai方程式表示复合材料的系数，取决于衬料性质。2，单向复合材料的强度预测，复合材料的强度预测比弹性常数预测复杂得多。这是因为强度对缺陷敏感，与材料的破坏机制有关，预测结果可能与实验值有很大差异。1，垂直拉伸强度估算公式，Vf低的情况下单向复合材料的纵向拉伸强度主要取决于基板，基体先于纤维断裂，纤维经不起这些载荷而断裂，基体伸长率小于纤维伸长率，表达式和纤维基体的拉伸强度。Vf较大时，基体断裂后被纤维搬运，单向复合材料纵向拉伸时，由于界面的粘合，纤维和基体共同作用，具有相同的拉伸变形。假设纤维的初始应力为零，基体伸长率大于纤维延伸率，表达式的矩阵变形是与纤维断裂变形相对应的矩阵应力(见左图)。纤维发挥强化效果所需的最小纤维体积比(见右图)。工程中的复合材料都更大，因此复合材料的纵向强度由纤维控制。2，纵向压缩强度。单向复合材料纵向压缩时，破坏模式假定由纤维微屈曲引起的基体拉伸压力破坏和基体剪切破坏两种，拉伸压力微屈曲引起的破坏纵向压缩强度，剪切微屈曲引起的破坏纵向压缩强度，前两种计算值中较小的是单向复合材料的纵向压缩强度。以上两个公式通常计算出远高于测量值的值，因为在假定纤维完全扁平的理想状态下计算出的值，实际上由于各种偏离理想状态的原因，纵向压缩强度明显减小。为了修正错误，上述公式中的矩阵系数具有修正系数0.63，即(拉伸压力)、(剪切)、建议5.5.4短纤维增强复合材料，短纤维(不连续纤维)提高复合材料的力时，机械特性与长纤维不同。当这种材料受力矩阵变形时，短纤维上应力的分布载荷通过界面传递给纤维。在特定界面强度下，纤维末端的剪切应力最大，中间最小。作用于纤维的拉伸应力是剪切应力从末端累积到中间的结果。因此，拉伸应力端最小，中间最大。作用于短纤维的平均拉伸应力，是图中lc/2段的面积与(f，max乘以lc/2的乘积)的比率。矩阵是理想的塑料材料时，纤维的拉伸应力在末端呈0线性增加，=1/2。样式的fF是纤维的平均拉伸应力，m*是与纤维屈服变形同时发生的矩阵应力。L/lc越大，复合材料的抗拉强度越大。在Lc/2l1中，常识变为连续纤维的强度公式。L=lc时，短纤维增强效果仅为连续纤维的50%。L=10lc时，短纤维增强效果达到连续纤维的95%。因此，为了提高复合材料的强度，应尽量使用长纤维。基体屈服强度为my时的纤维临界尺寸比，短纤维增强复合材料的拉伸强度，5.5.5颗粒复合力学性能力学性能矩阵为连续相，负载体；破坏机制和强度主要由矩阵和界面决定。粒子通常随机分布在矩阵中，宏观上表示