王国荣版复合材料概论的课件第一章总论.ppt

应用 图片 1.6.2 交通与能源工业中的应用 机场路面：钢纤维混凝土； 汽车：壳体、保险杠、板簧（GFRP板簧疲劳寿命 钢板弹簧，而重量仅为钢板弹簧的20%）、发动机进气歧管（GF/尼龙）、活塞（Al2O3/铝硅合金）； 发电：风力发电机叶片； 船舶：渔船、游艇、救生艇、军用舰艇承载/隐身一体化结构 目前最大的复合材料猎扫雷舰为美国的复仇者（avenger）级猎扫雷舰，全船船体为木层-玻璃钢混合结构。其骨架为夹层木板所制，其船体外板为4层厚木板，外层包玻璃钢 扫雷舰 法国海军生产的“拉菲特”级护卫舰上层建筑后半部包括机库主要采用玻璃纤维增强复合材料（GFRP）夹层板 护卫舰 1.6.3 医疗、体育、娱乐方面应用 医疗器具：X射线透光板，采用CFRP是铝的8倍；玻璃钢轮椅； 体育、娱乐器械：FRP赛艇、FRP皮艇、CFRP桨、CFRP高尔夫球杆、网球拍、滑雪板、弓箭、钓鱼竿；GFRP水上滑道，儿童滑梯等 1.64 复合材料在电子工业中的应用 电子功能材料是电子元器件和电子装备的基础和支撑。复合材料可赋予电子产品以轻质、高强度、高刚度、高尺寸精度等特性。 例如：印刷线路板、天馈系统、电磁屏蔽系统、计算机壳体等 1 印刷线路板 玻璃布基敷铜箔板具有高耐潮湿性、绝缘强度及绝缘电阻大，已大量取代纸基板而广泛应用于彩电、计算机、雷达等的印刷线路板； 美国杜邦公司Kevlar复合材料印刷线路板，其抗拉强度高、尺寸稳定性好、有效抑制了树脂基体与铜因受热膨胀引起的分层，尺寸稳定性好。 2 天馈系统 天线：美国“海盗号”火星宇宙飞船的抛物面天线反射体采用CFRP为正反面蒙皮，正面贴敷铝箔，中间为铝蜂窝夹心结构。整个天线重量是铝制天线的1/3，且在空间环境下的热稳定性好。我国也在1991年研制成功CFRP天线用于直升机反潜雷达。 馈源：1987年我国研制出CFRP战场雷达天线用馈源重量只有0.88kg，而铜馈源是4.04kg。 1.6.4 其他应用 建筑工业：建筑雕塑、卫生洁具、冷却塔、建筑补强，水处理设备等 化学工业：防腐蚀设施、容器、管道； 机电工业：齿轮、轴承、飞轮、永磁体； 1.7 复合材料知识体系 复合材料力学 复合材料结构力学 复合材料结构数值分析 复合材料结构设计方法 复合材料成型工艺 复合材料机械 复合材料测试技术 小结 本章重点掌握内容： 复合材料定义； 复合材料的组成和各组分的作用； 复合材料的分类方法； 复合材料的主要特性； 复合材料应用领域。 * * * * * * 按增强材料形状分类 按基体材料分类 1.3 复合材料的基本性能 各有千秋 扬长避短 克服单一材料的缺点 产生原来单一材料本身所没有的新性能 1.3 复合材料的基本性能 复合材料能构保持原组分材料的部分特性和优点的同时取长补短，从而可获得比单一组分材料更为优异的性能。 复合材料主要特性 1）多性能性 2）性能可设计性 3）可制任意形状 性能的可设计性是复合材料最大特点。 性能可设计性 复合材料最显著的特性是其性能（主要指力学性能、物理性能和工艺性能）在一定范围内具有可设计性。 选择基体、增强体的类型及其含量； 增强体在基体中的排列方式； 基体与增强体之间的界面性能。 来获得常规材料难以提供的某一性能或综合性能 。 例如：FRP * 2、可设计性好 复合材料区别于传统材料的根本特点之一 设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。 具体体现在两个方面 力学设计——给制品一定的强度和刚度 功能设计——给制品除力学性能外的其他性能 力学性能 与传统材料相比，复合材料一般具有优异的力学性能，主要表现在 比强度、比模量高； 耐磨性好（MMC、C/C复合材料）； 抗疲劳性能好，通常金属材料的疲劳强度极限/拉伸强度 30-50%，而CFRP的疲劳强度极限/拉伸强度 70-80%； 抗冲击能力强（如：RMC）； 高温性能好（如：MMC、C/C复合材料） 表1-1 传统金属材料与复合材料性能比较 材料 密度 g/cm3 抗拉强度 MPa 拉伸模量 GPa 比强度 *1e6/cm 比模量 *1e8/cm 膨胀系数 *1e-6/K C/环氧 1.6 1800 128 11.3 8 0.2 芳纶/环氧 1.4 1500 80 10.7 5.7 1.8 B/环氧 2.1 1600 220 7.6 10.5 4.0 碳化硅/环氧 2.0 1500 130 7.5 6.5 2.6 石墨纤维/铝 2.2 800 231 3.6 10.5 2.0 钢 7.8 1400 210 1.4 2.7 12 铝合金 2.8 500 77 1.7 2.8 23 钛合金 4.5 1000 110 2.2 2