复合材料 第二章 复合原理简介.ppt

1、第二章，复合理论导论，2010年11月2日，主要内容，复合增强理论，物理性能，复合增强机理，分散增强颗粒增强纤维增强(连续纤维，短纤维)，分散增强原理，硬质颗粒如Al2O3，TiC，SiC在基体中的块体位错运动(金属基)或分子链运动(聚合物基)。增强机制可以用位错旁路理论来解释。载荷主要由基体承受，分散的颗粒阻碍了基体的位错运动。(1)分散增强了复合材料的屈服强度。分散颗粒的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。一般来说，Vp=0.010.15，DP=0.0010.1 m，纳米颗粒SIc(0.07 m)的不同体积分数提高了Si3N 4(0.5 m)的性能，(2)颗粒得到增强，颗粒尺寸越小，体积

2、分数越大，增强效果越好。通常，在颗粒增强复合材料中，颗粒的直径为1 50m，颗粒之间的间距为1 25m，颗粒的体积分数为0.050.5。颗粒尺寸较大(1 m)，基体承受主要载荷，颗粒阻止位错运动，抑制基体变形。当金属或聚合物用于复合具有耐热性、高硬度但无抗冲击性的金属氧化物、氮化物和碳化物时，由于强化相颗粒大，强化效果不显著，但这种复合主要不是为了提高强度，而是为了提高耐磨性或提高综合机械性能。(3)根据纤维形态，连续纤维增强体通常可分为连续纤维、不连续纤维(短纤维)或晶须(长约100-1000米、直径约1-10米的单晶)。其增强机理是高强度、高模量纤维承受载荷，基体仅作为传递和分散载荷的介质

3、。m为基体，f为纤维，连续纤维增强(纤维轴向模量)，公式(1)和(1)的两边同时分开，得到实际中不同泊松比引起的附加应力。通过实验分析，误差小于1%2%。测量了两种玻璃纤维增强聚酯树脂体系的E1和Vf之间的线性关系，复合材料的纵向断裂强度可视为等效于纤维断裂应变值对应的复合材料应力。根据混合规则，得到复合材料的纵向断裂强度，即SiC/硼硅酸盐玻璃复合材料的强度随纤维体积含量线性增加，14，第9章复合材料，连续纤维增强(横向模量)，Em，Ef，系列模型，平行模型，体积分数fr，在高性能纤维增强复合材料中，纤维模量远大于基体树脂模量，在纤维体积含量为5060的复合材料中， 基体对E1的影响很小，纤

4、维对E2的影响很小，因此可以近似地说，纤维增强复合材料的横向强度减弱了。相邻基体中纤维产生的应力和应变抑制了基体，这使得复合材料的断裂应变比复合前低得多(断裂应力教科书P28公式2.34)，只要基体和增强体结合良好。4)短纤维增强()，作用在复合材料上的载荷作用在基体材料上，并通过纤维端部和端部附近的纤维表面将载荷传递给纤维。当纤维长度超过应力传递长度时，端部效应可以忽略，纤维可以认为是连续的，但对于短纤维复合材料，端部效应不能忽略，复合材料的性能是纤维长度的函数。短纤维增强()，l/lc越大，抗拉强度越大；在2l/lc1时，拉伸强度是连续纤维的强度公式。当l=lc时，短纤维增强效果仅为连续纤

5、维的50%；当l/lc=10时，短纤维的增强效果可达连续纤维的95%，因此为了提高复合材料的强度，应尽可能多地使用长纤维。为了使纤维的载荷达到纤维的最大应力值，纤维长度必须大于临界纤维长度lc或临界长径比(lc/d)，并对短纤维进行增强。当短纤维以不同的方向分布时，增强物对于具有取向分布的短纤维复合材料，可以将取向效率因子0添加到混合弹性模量公式中。对于平行于和垂直于纤维方向的单向板，0分别为1和0。对于在平面03/8上随机分布的纤维复合材料和在三维01/5上随机分布的纤维复合材料。第二，复合材料的物理性能规律，对于复合材料来说，最引人注目的是它们的机械性能，如高比强度和高比模量。然而，其物理

6、性能也应该通过复合来改善。有两种复合规则：加权(平均)特征和产品(转移)特征；1.加权特征，其中Pc为复合材料的特征，Pi为构成复合材料的原料的特征，Vi为构成复合材料的原料的体积分数，N由实验确定，其范围为-1n1。密度、热膨胀系数、热传导、电导率、磁导率等等都属于这一类。和产品特性，两种功能材料，热变形材料(表示为X/Y)具有相互转换的特性，与另一种变形的导电材料(Y/Z)复合。其效果是：由于两种组分的协同作用，得到了另一种热电传导功能复合材料，各种功能复合材料可以通过各种功能材料借助相似的关系进行复合。思考问题，分散颗粒，什么是颗粒增强机理，纤维增强复合材料。谢谢你！三。复合材料的设计原则，调整复合程度(参与复合的各组分的体积(或质量)分数)，即改变各组分的含量来调整连接方式，即调整增强材料的形状，调整对称分散相的尺寸，并大幅调整宏观物理性能，调整复合材料的叠层比例、增强系数和屈服强度与基体的比例