第8章 复合材料力学性能.pptVIP

* 5.1.3 热膨胀性能 负膨胀系数和零膨胀系数材料 5.1 PMC的热性能 * 5.1.3 热膨胀性能 5.1 PMC的热性能 * 5.1.3 热膨胀性能 5.1 PMC的热性能 * 5.1.3 热膨胀性能 复合材料热膨胀系数的影响因素 组成材料因素: 材料的热膨胀系数， 组成材料含量与模量的乘积 5.1 PMC的热性能 * 5.1.3 热膨胀性能 复合材料热膨胀系数的影响因素 复合状态的影响：增强材料在基体中的分布、排布方式，纤维预应力 使用条件因素：使用温度，热循环 5.1 PMC的热性能 * 5.1.3 耐热性能 PMC的耐热性能主要决定于其聚合物基体的耐热性能。 5.1 PMC的热性能 * Thank you ! * * 简支梁加载和悬臂梁加载测试得到的韧性数据只是在一定程度上的定性结果，原因在于： 摆锤冲击时所造成的能量损失既包含材料损伤与断裂所吸收的能量，还包括消耗在试验机上的能量损失、断裂碎块的飞出功和声能等。 反映不出材料冲击破坏过程的损伤历程，给出的只是一个笼统的结果。 不 同材料，试样的断裂形式不同，但可能得到相同的冲击强度； 对于各向同性材料，破坏形式简单，上述试验方法可行；但对于复合材料，破坏形式复杂，这两种冲击试验不足以反映复合材料完整的冲击特性。 * 装有载荷传感器（摆锤或支座）的Charpy或落锤式冲击试验机 可改变冲击刃口的形状和变换冲锤质量以调节冲击能的大小； 可调整下落高度以满足不同冲击速率。 可以得到显示冲击过程的P-t（载荷-时间）曲线和E-t（能量-时间）曲线。 * P-t曲线划分为两个区域：裂纹引发和裂纹扩展； P-t曲线下面积反映材料吸收的能量； 总冲击能量Et是裂纹引发能Ei 和裂纹扩展能Ep 的和； 对于高强度脆性材料，Ei大，而Ep小； 对于低强度韧性材料， Ei小，而Ep大。 韧性指数 裂纹扩展能Ep 与裂纹引发能Ei 之比 * （2） 能量吸收机理和破坏模式 能量吸收机理：形成新的表面、材料变形 材料变形首先发生； 若冲击能足够大，裂纹可能产生并且扩展，在裂纹扩展过程中，裂纹前沿又总存在材料变形； 脆性材料变形小，伴随的能量吸收也少； 韧性材料断裂过程中产生大的塑性变形，吸收的能量也大； 在复合材料中，可以用吸收能量多的组分代替吸收能量少的组分来提高材料韧性。 * 破坏模式 ① 纤维破坏 ② 基体变形和开裂 ③ 纤维脱胶 ④ 纤维拔出 ⑤分层裂纹 纤维复合材料的破坏可以认为是由材料内部固有的小缺陷发源的。 小缺陷：破短的纤维、基体中的裂纹、界面脱胶 冲击过程中裂纹扩展模式： * ① 纤维破坏 裂纹在垂直于纤维方向发展，当层合板完全分离时，最终发生纤维破坏。 纤维随能赋予材料高强度，但断裂吸收能很小。 ② 基体变形和开裂 基体破坏吸收能量包括基体变形和开裂产生的新表面能。 热固性基体性脆，变形很小，冲击韧性差；热塑性基体可产生较大塑性变形，冲击强度高。 基体开裂产生的新表面能等于比表面积与新表面面积的乘积，而开裂会产生众多裂纹分支，导致较大开列面积。 * ③ 纤维脱胶 在断裂过程中由于裂纹平行于纤维扩展（脱胶裂纹），导致纤维与基体分离。 脱胶范围大，新表面面积大，断裂能会明显增加。 ④ 纤维拔出 当脆性的或不连续的纤维嵌于韧性基体中时就会发生纤维拔出。 起始于纤维的破坏没有能力扩展到基体中的结果。 纤维拔出通常伴随基体的伸长变形，会显著提高断裂能。 * ⑤ 分层裂纹 裂纹在扩展中穿过层合板的一个铺层，当裂纹尖端达到相邻铺层时，可能受到抑制。 由于邻近裂纹尖端的基体的剪切应力很高，裂纹可能分支出来，开始在平行于铺层的届面上扩展。 分层裂纹会产生新的表面，吸收的断裂能会较高。 * （3） 影响复合材料冲击性能的因素 复合材料冲击性能的影响因素主要包括两个方面： 试验参数： 材料性质： 纤维种类、基体韧性、 纤维体积分数、 界面粘结状况等 冲击速率、冲锤质量、 刃口形式、跨高比、 支撑情况等 * 不同纤维/环氧树脂复合材料无缺口冲击性能： 三种纤维的差别在于断裂扩展能的不同； 而扩展能最终导致材料韧性差异。 * 聚酯和环氧层合板冲击试验结果： 对环氧层合板，起始断裂能、扩展能、总冲击能均随界面强度增加而增加——界面粘结好，不存在分层现象； 对聚酯层合板，扩展能、总冲击能有最小值——分层破坏。 * 小结 提高复合材料冲击韧性的途径： 基体增韧 合适的界面强度 采用混杂纤维复合材料，如CF与GF或Kevlar纤维混合使用 * 材料在实际应用中，疲劳载