材料力结构的设计.ppt

复合材料结构设计基础 课程先修力学基础 1、绪论 1.1 复合材料(Composite Materials)定义、分类与命名 1.2 复合材料的发展简史与现状 1.3复合材料及其结构设计的特点 1.3.1比强度高、比模量高 (2) 非均质性 1.3.5平面应力状态与平面应变状态 平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0， τzx ＝0， τzy ＝0 ） 平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0）， τzx ＝0(γ31＝0)， τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。 1.3.4 几个基本假设 研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。 上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。 * * 材料科学与工程学院 李顺林 王兴业 主编 刘锡礼 刘德安 主审 武汉理工大学出版社 复合材料结构设计基础 主讲教师：葛曷一 曹笃霞 从材料力学基础出发，介绍复合材料力学、复合材料结构力学和复合材料构件设计的基本知识。具体：复合材料经典层合板理论、刚度和强度的计算方法、复合材料结构元件的分析和典型产品结构设计的基本步骤和方法等内容。 材料力学和弹性力学 (1) 由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。 (2) 两种或两种以上不同化学性质或不同组织相的物体，以微观形式或宏观形式组合而成的材料。 （3）有连续相的基体(如聚合物－树脂、金属、陶瓷等)与分散相的增强体材料(如各种纤维、织物及粉末填料等)组成的多相体系。 用途 结构复合材料 功能复合材料 以其力学性能如强度、刚度、形变等特性为工程所应用，主要用于结构承力或维持结构外形。 以其声、光、电、热、磁等物理特性为工程所应用，用于如绝热、透波、耐腐蚀、耐磨、减振或热变形等热、声、光、电、磁的功能要求。 组成 基体材料(连续相) 增强材料(分散相) 粘结、保护纤维，并传递应力 金属基复合材料 非金属基复合材料 复合材料 高聚物基复合材料 陶瓷基复合材料 树脂基复合材料 橡胶基复合材料 热固性树脂基复合材料 热塑性树脂基复合材料 颗粒增强复合材料 纤维增强复合材料 复合材料 连续纤维复合材料 不连续纤维复合材料 层合结构复合材料 缠绕结构复合材料 颗粒强化复合材料 弥散强化复合材料 多向编织复合材料 短切纤维复合材料 晶须复合材料 颗粒直径范围1~50μm，颗粒体积含量25％~70%，增强颗粒之间的距离一般大于1μm。颗粒的作用：由于颗粒本身的刚硬阻止基体变形而起到增强作用。 颗粒直径范围0.01~0.1 μm，颗粒体积含量1％~15％。颗粒的作用：阻止基体材料的位错运动而起到增强作用。 由无纬布或纤维织物铺叠而成 由纤维粗纱缠绕或纤维织物带按一定缠绕规律卷绕而成 由纤维在三维多方向编织而成 (1) 强调基体 即强调了基体材料的种类和特征 (2) 强调增强体 即强调增强材料的种类和性质 酚醛树脂基复合材料、铝合金基复合材料等 碳纤维复合材料、金属纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等 (3) 基体与增强体并用 即同时出现基体材料和增强体材料 碳纤维增强环氧树脂复合材料、玻璃纤维增强不饱和聚酯树脂复合材料等。 (4) 俗称 玻璃钢就是玻璃纤维增强树脂基复合材料的俗称 泥坯(稻草掺入泥中)、弓(木材为芯，在受拉面胶有平行的纤维)。 十九世纪末期出现由纤维增强橡胶制成的轮胎、橡胶布。 20世纪40年代初，美国首先用玻璃纤维增强塑料制造飞机雷达天线罩。之后，玻纤增强塑料（我国俗称玻璃钢）广泛用于航空、造船、汽车、化工、电器等国防和国民经济各部门。 我国先进复合材料的应用和研究是从20世纪60年代末期开始的。 复合材料创新 聚丙烯腈基纤维发展 玻璃纤维结构调整 开发能源、交通用复合材料市场 纤维复合材料基础设施应用 复合材料综合处理与再生 复合材料创新 包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的