新型的复合材料

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1、新型的复合材料复合材料是一类新型材料，其强度高、刚度大、质量轻，并具有抗疲劳、耐高温、减振、可设计等一系列优点，近儿十年来，在航空航天、能源、交通、建筑、机械、信息、化工、医疗和体育等部门H益得到广泛应用。复合材料是-•种多相材料，它具有非均匀性和各向异性,其强度和刚度分析的理论与方法不同于金属材料。随着对复合材料力学特性的深入研究,已经形成了复合材料力学学科体系并得ic现货商到蓬勃发展。国内外许多高等院校匕将复合材料力学列为力学及相关专业本科牛和研究牛的必修和选修课程。为了满足高等学校力学专业本科生和研究生的复合材料力学课程教学的需要，笔者在参考国内外复合材料力学书籍的基础上，结合多

2、年来从事复合材料力学教学的体会，编写了这本《复合材料力学基础》。木书阐述了连续纤维增强复合材料力学基础、复合材料宏观力学基本理论和分析方法。全帖内容分为7章。第1窜是复合材料概述，第2章介绍变形体几何分析和基本守恒原理,第3章是线弹性各向异性弹性力学本构方程，第4章为复合材料单层板理论，第5章是复合材料单层板强度理论，第6章是复合材料层合板理论，第7章介绍复合材料层合板弯曲、屈曲和振动。木书可供髙等院校力学及相关专业本科生、研究生复合材料力学课程作为教材使用，也司供有关科技人员学习参考。复合材料是指两种或两种以上具有不同性能的材料在宏观尺度上组合成的一•种多和材料。每-•种组成材料称为

3、复合材料的组分，包容组分称为基体材料（简称为基体），被包容材料称为增强材料，基体艾醇希电子与增强材料的结合面称为界面（基体与增强材料在其界而上束发生化学反应，无相比溶解）。在工程上，复合材料是指通过物理和化学方法格一种（或儿种）材料按照一定方式加入到另一•种材料中，从而克服氓一材料性能的某些弱点。对于复合材料力学，单一材料性能的改善主要是指材料的力学性能（比强度、比刚度、耐腐蚀和耐磨损、湿热效应等）。从不同的角度来看，复合材料具有不同的含义。如果披原子或分子的层次，从微观尺度严格意义上来讲，儿乎所有材料都可以被认为是复合材料（如通常的合金类材料）。凶此，上述关于复合材料的定义是宏观童义

4、上的。如果按丁程I、2川的性质来分，乂可分为两人类：具有特殊功能的功能性复合材料（导电复合材料、烧蚀复合材料、滓阻复合材料等）；由基体材料和增强析料组成的结构复合材料（颗粒增强材料与基体材料构成的颗放复合材料，纤维增强材料与基体构成的纤维增ABC电子强复合材料，一种或一种以上片状增强材料与基体构成的层复合材料）。本卩中所指的复合材料均是纤维增强复合材料。1.1纤姓增强复合材料的贫类纤维增强复合材料可以按照纤维材料的不同和皋体材料的不同进行分类G为4.8X10o1J“。共符威足强反问、延lg毕权人；N出半里索取肋M6,zM、M—M*”纱、纤维布（带、绳等）。（2）硼纤维。硼纤维是「h网蒸

5、气在餌丝上沉积制成的（以铛丝为芯、沉积砌为表血的复相材料）纤维。硼纤维成本窩，餌丝的直径较大（难以制成织物），因此影响了其应用和发展。（3）碳纤维。碳纤维由各种有机纤维（主要是聚丙烯腊纤维一-PAN）经过两次热处理碳化、石墨化制成。碳纤维和石墨纤维属于同类材料（2000°C以下热处理得到的是碳纤维，接受3000霓热处理得到的是石墨纤贴片钥电容维）。碳纤维（直径一般为6一IoPm）乂可细分为高强度、高模量、极高模量等几种。碳纤维特点是制作工艺较简单，相对硼纤维价格便宜;其密度比玻璃纤维小，模量比玻璃纤维髙；碳纤维应力一应变关系为一直线，且直到纤维断裂Z前其变性行为呈现为弹性性质；与其他纤

6、维不同，碳纤维的热膨胀系数具有各向异性性质（沿纤维方向，垂直纤维方向为22X1。“一32Xlo。C'）；碳纤维可以制成各种织物。纤维增强复合材料一般有以下几种构造形式：纤维在棊体按一个方向整齐排列，或双向纤维交织排列在平而〔或曲而）内所构成的复合材料称为单层复合材料（简称单层板）。如图1・1所示，图中I表示纤维方向，且称为纵向，图中2表示垂直于纤维方向，且称为横向；图中3表示沿单层板厚度方向。用1,2,3表示的三个方向称为单层板主轴。单层板为不均匀材料，虽然纤维和基体分別为各向同性材料,但由于纤维排列具有方向性，或交织纤维在两个方向含量不同，因此单层板一般是各向异性的。因L1单层复合材

7、料（a）4自69,（b）交909单层板纤维起增强和主要承载作用；基体起着支承纤维、保护纤维传递载荷（载荷传递的机理是在基体中产生切应力）的作用。1.曼层复合材料由单层板按照事先预定的纤维方向和次序铺放成叠层形式，进行鼓合，再经过加热固化处理而得到的复合材料称为叠层复合材料（简称层合板）。对于纤维增强复合材料，层合板一般:是由不同方向的纤维层组成的，以满TDK电感足在不同的方向获得不同的强度和刚度要求。如图L3所示为四层单层板组成的纤维增强复合材