第3章 复合材料力学性能的复合规律2013.ppt

第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.2.2 短纤维复合材料中的纤维取向分布 在讨论注射成型的短纤维增强复合材料的纤维取向分布特性时，需要在三维方向上加以描述。 定义方法有2 1、纤维的取向分布 ⑴由方位角α，β定义取向 ⑵由纤维截面形状和方位角定义 α β 2a 2b x y 第3章 复合材料力学性能的复合规律 2、复合体系在流动过程中的纤维取向 流速分布 高粘度层 流头的流向 流道壁 与流动状态密切相关，如：注射过程中 缺陷：分布不均匀，应力和力学性质发生取向 3.2.2 短纤维复合材料中的纤维取向分布 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.2 面内随机分布纤维单层板的弹性性能 3.2.3 纤维端部的应力分布 理论及其实验研究表明： 纤维端头效应明显，不可忽视，影响增强效果，断裂作用。 Cox用“剪切滞后分析”得沿纤维方向，X位置的 拉伸压力: 剪切应力: x=0, σfx=0 ；x=l/2, τ=0 沿纤维方向，随着x增加，拉伸压力增加，剪切应力减小 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.2.4 单向短纤维复合材料的力学复合 1、短纤维复合材料的弹性性能 ⑴ 单向短纤维复合材料的纵向弹性性能 当 时， 对短纤维复合材料有： 对连续纤维复合材料有： 所以： 当 时， ⑵ 取向短纤维复合材料的弹性性能 3.2.4 单向短纤维复合材料的力学复合 1、短纤维复合材料的弹性性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.2.4 单向短纤维复合材料的力学复合 2、短纤维复合材料的强度性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 当l lc 时， 纤维的平均应力为： 复合材料承受的最大应力为： —— 纤维受拉应力作用达到它的拉伸屈曲破坏应力时基体 所受应力 3.2.4 单向短纤维复合材料的力学复合 第3章 复合材料力学性能的复合规律 2、短纤维复合材料的强度性能 短 短 短 短 3.2.4 单向短纤维复合材料的力学复合 第3章 复合材料力学性能的复合规律 2、短纤维复合材料的强度性能 短 当 l lc 时， 3.3 粒子复合材料的力学性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 Guth：适用于粒径较大及物料刚性较大的粒子复合材料 Kerner：复合材料中的粒子刚性远大于基体刚性时， 适用于无机填料－聚合物体系 Nielsen：除了粒子的形状之外，粒子的聚集状态、粒子与基体的模量特性等均对材料的性能有重要的影响 3.3.1 粒子复合材料的弹性性能 3.3 粒子复合材料的力学性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.3.2 粒子复合材料的强度特性 在粒子复合材料中，粒子对其强度的影响有两种情况： 1、粒子表面呈惰性的复合体系 Nielsen公式： Pawder－Beecher提出了以临界纵横比为界面的两个估算式： 2、粒子表面呈活性的复合体系 3.3 粒子复合材料的力学性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.3.3 粒子复合材料的延伸率 Nielesn 对粒子复合材料设想为粒子与聚合物基体完全粘结和无粘结两种模型，并提出了适合于各个类型延伸率ε的理论公式： 完全粘结体系 ε=σu/E 无粘结体系 ε≈εm（1- Vf 1/3） 左图显示 ε粘ε无粘 3.3 粒子复合材料的力学性能 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.3.4 超细粒子对复合材料力学性能的影响 超细粒子的体积和表面积与通常粒子相比，表现出特有的体积效应和表面效应。 作用效果： 具有极强的表面活性； 粒子目身易发生集聚而不易分散到聚合物基体中。 3.4 复合材料力学复合的其他问题 第3章 复合材料力学性能的复合规律 一、抗冲击特性 二、撕裂强度 三、蠕变特性 四、疲劳特性 五、 硬度 六、摩擦系数 试验方法：悬臂梁、简之梁、杜邦和落球冲击等 支配因素：裂缝的传播 提高的措施：提高填料和聚合物的粘结性 Nielsen 估算了复合材料的儒变 ε（t）＝εm(t)·Em/Ec 取决于：基体聚合物种类、填料的刚度和形态、 填料与聚合物的界面粘结 填料粗：摩擦系数大； 反之，摩擦系数小 3.5 复合材料物理和化学性能的复合规律 第3章 复合材料力学性能的复合规律 3.5.1 密度 复合材料密度： ρc=ρm（1- Vf）+ρf Vf （混合规律） 其中ρc 复合材料密度； ρm 基体密度； ρf 增强体密度 Vf增强体体积分数 如果