增强体、和复合材料.ppt

本节内容： 掌握：1）复合效应的分类及其特点； 2）0-3、1-3、2-2、2-3、3-3型结构。 理解：复合材料的结构。 平行于增强体平面方向上施加外力时，则成为并联式结构，此时的弹性模量为： 2-2型 E为弹性模量，V为组分的体积分数，角标m、f、c分别表示基体、增强体、和复合材料。 3）、尺度效果 分散质尺度大小的变化，会导致其表面物理化学性能的变化，诸如比表面积、表面自由能的变化以及它们在复合材料中的表面应力的分布和界面状态的改变，从而使复合材料性能发生变化。 Eg：Si02粉末分散于PMMA中所得的复合材料； 纤维增强水泥基复合材料中纤维的长短及分布； 纤维增强石膏基复合材料； 纤维增韧陶瓷复合材料。 2．2．2．3 界面效果 复合材料的界面效果是基体与增强体或功能体复合效果的主要因素。只有界面效果的存在，才能充分地显示复合材料的各种优越性能。界面结构(物理结构和化学结构)的变化会引起复合材料性能的明显变化。 Eg：在玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂时，玻璃纤维用不同的处理剂处理。 界面除了可以作为复合材料的一个组分而对材料有各种物理性能影响外，其物理结构、化学结构及其尺度的变化都会有不同于其他组分相的作用。 1 0 2 3 4 8 4 6 2 4 3 2 1 σc（MPa） σf（MPa） 图2-3 复合材料应力σc 与玻璃纤维应力σf的关系 1-表面甲基硅油处理；2-未处理；3-NDZ-101处理；4-KH-570处理 界面问题 表面：把物体与空气接触的面叫该物体的表面。 液体表面——液体与饱和了的空气所接触的面。 固体表面——固体与它接触的空气面。 界面：把几个不同相相互交界部分叫“界面”。 界面包括表面，比表面范围大。 表面？ 2.3 复合材料的模型及性能的一般规律 本节重点： 1、材料模型化的方法； 2、建立材料模型包含的主要内容及应该考虑的问题； 3、掌握同心球壳模型及同轴圆柱模型； 4、复合材料的传递性质。 2.3 复合材料的模型及性能的一般规律 目的：预测和分析复合材料性能，为复合材料性能的设计奠定基础。 基础：涉及不同学科的有关理论。 根据复合系统特点和性能，经过分析、抽象、简化，建立分析性能的材料微观结构模型，再运用连续介质的有关理论，确定在给定宏观作用场下，组分相的微观作用场和响应场，进而得到宏观响应场，这是材料科学中性能研究的一般方法。根据宏观作用场和响应场的关系，即可确定复合材料的性能。 先经过四步骤 材料模型化的方法 待确定复合体系性能 材料的微观结构模型 相微观作用场Ii,响应场Oi 连续介质理论 给定宏观作用场I 有效性能ε O= ε(I) 宏观响应场O 模型化 O表示宏观响应场，V表示单元体积 2．3．1 复合材料的模型 前提条件：模型化的过程也必需忽略一些因素 建立材料的微观模型往往包含两方面内容： 一是材料的几何结构模型； 二是材料的物理模型。 注意：在建立材料模型时，首先应确立坐标系和材料的主轴方向，往往以主轴方向为参考坐标  即计算场量的理论和方法 确立材料的结构模型时，主要以材料的相几何形态和性能规律为依据。 1）、相几何形态，模型中的相几何形态必须充分表达实际材料的几何形态； 2）、复合体系中组分的相含量，模型中组分的相含量(体积分数)必须与实际材料组分的相含量相等； 3）、复合体系中组分相的状态分布，这种状态分布往往采用统计的特征。 Eg：1-3型复合材料： （X2，Y2，Z2） l β α （0，0，0） x y z 图2.4 纤维取向的坐标系表征 除上述三个必须考虑的因素外，有时还必须考虑其他因素，诸如相间作用因素等。 物理模型的确立往往以结构模型为依据，针对某一物理性能和结构特征，进行场量计算。在讨论和运用物理模型中，重要的是利用相结构的对称性等特征进行简化；利用组分相物理性质差异简化。 如纤维复合材料中因纤维的轴向强度显著大于基体强度而忽视基体强度；根据物理性质特点进行简化。 单向复合材料的细观力学分析模型，可以归结为四个方面，即单元体、增强体、基体及增强体与基体形成的界面。 表2．3 单向复合材料模型的基本假设 粘结完好(无孔隙、滑移、脱粘等)、变形协调 界 面 匀质、各向同性、线弹性 基 体 匀质、各向同性、线弹性、定向排列、连续 增强体 宏观均匀、无缺陷、增强体与基体性能恒定、线弹性 单元体 基 本 假 设 名称