复合材料概论绪言总论(课件).ppt

国外民用飞机上复合材料的应用 波音767用复合材料 某飞机垂尾使用复合材料减轻的重量 美国90年就计划到20世纪末在先进作战飞机上复合材料 的用量将占结构总重量的26%—65%。每架飞机平均使 用2.4-4.5t，年增长率8%-20%，到2000年先进复合材料 在飞机上的用量超过3万t. 金属桨叶的寿命一般不超过3000h，而复合材料桨叶的寿命可达10000h以上。1987年第一架全复合材料飞机——波音公司的360直升机，被称为直升机技术的第二次革命。 直升飞机上应用 发射时，航天器受到很大的加速度过载和强烈的振动，要求材料有足够的强度； 为了避免航天器和发射系统共振，要求结构有足够的刚度； 在轨运行中航天器处于高低温交变环境中，某些部件（如卫星抛物线天线等）尺寸精度要求很高，必须有尽可能小的热膨胀系数； 高真空及粒子、紫外辐射下具有足够的稳定性； 返回式航天器结构，还要求防热、耐热。 航天器结构对材料的要求 卫星天线：用石墨/环氧复合材料天线支撑桁架比铝合金减重50%，可设计成零膨胀系数结构； 太阳电池帆板：要求高比模量、低热变形，采用碳/环氧材料； 空间平台材料：石墨/铝； 热结构材料：C/C、C/SiC、SiC/SiC； 隔热材料：SiC/SiO2防热瓦使用温度高达1260 ℃，用于哥伦比 亚和挑战者，各用了31000块； 低密度烧蚀材料、对流冷却结构、热管结构等 应用例 哥伦比亚航天飞机所用复合材料 烧蚀材料 复合材料壳体 喷管材料：CMC、C/C 固体火箭发动机的全复合材料化：美国飞马座火箭的三级固体火箭发动机采用的复合材料已占其构件质量的94%，大富大降低了结构重量。 导弹 烧蚀材料 导弹运行环境：飞行速度20马赫、弹头锥体表面温度3500℃左右。 早期的宇宙神、大力神、雷神导弹弹头采用热容量大、比热容高的金属如钨、钼、铜制作弹头的锥部，以吸收大量的气动热量而防止熔化，但材料密度大，使弹头结构笨重、吸热量不够大。 烧蚀式防热材料：在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华等多种物理和化学变化，借材料自身的质量消耗带走大量的热量，以防止热流传入弹头内部的目的。 应用例 主要指标：在满足强度和刚度的前提下减重，比铝合金减重30%以上 复合材料壳体 应用 图片 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 1.6.2 交通与能源工业中的应用 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，其船体外板为四层厚木板，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 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 1.6.3 医疗、体育、娱乐方面应用 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 1.64 复合材料在电子工业中的应用 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。 (1) 印刷线路板 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。 (2) 天馈系统 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； 1.6.4 其他应用 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 1.7 复合材料知识体系 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