航空航天结构材料：4.复合材料力学性能特点与结构设计理念.pdf

先进复合材料 复合材料力学性能特点与 结构设计理念 2013.6.7 提 纲 1. 复合材料力学性能特点 2. 界面与纤维/树脂匹配 3. 结构设计理念 4.未来研发重点 1. 复合材料力学性能特点 复合材料的复合效应 复合材料中某种性能值偏离由构成该复合 材料的组分用混合定律所计算的值的现象， 称这种现象为复合效应。 这种效应是组分材料交互作用的结果 从力学性能上表现出来，例如 力学效应 模量、泊松比、强度等 1. 复合材料力学性能特点  为了从力学角度正确选择、使用复合材料，合理设计复合材 料，需要掌握其力学性能的基本知识，掌握复合材料力学行为 的基本规律及有效的试验方法  复合材料力学的研究内容分为细观力学和宏观力学两大部分。 微观力学主要研究纤维、基体组分性能与单向板性能关系，宏 观力学主要研究层合板的刚度与强度分析、温湿环境影响等 1. 复合材料力学性能特点  从宏观力学的观点看，纤维增强复合材料可以认为是均 匀，但是各向异性的  单个铺层称为单层板，是层合板结构的基本结构单元  层合板是指由两层或两层以上的单层板粘合在一起成为整体 的结构元件，层合板可以由不同材质的单层板构成，也可以由 不同纤维铺设方向上相同材质的各向异性单层板构成。层合板 的铺层顺序可用符号表示，这个符号叫做层合板标记。 1. 复合材料力学性能特点 层合板铺层表示方法  一般性表示：[0/45/90/-45],由下至上  对称铺层： 偶数[0/90]s＝[0/90/90/0]; 奇数[0/90]s＝[0/90/0]  重复铺层： [0/90 ]＝[0/90/90] 2  正负铺层：[0/±45/90]＝[0/45/-45/90]  子层压板：[0/90] ＝[0/90/0/90] 2  夹层板：[0/90/C ] ,C表示夹芯，下标为厚度 2 2 1. 复合材料力学性能特点  由于组成层合板的各单层板情况不同，所以层合板在厚度方 向上具有宏观非均质性。这种非均质性可以引起耦合效应，即 层合板的面内应力会引起弯曲变形（弯曲和扭曲），而弯曲内 力（弯矩和扭矩）会引起面内变形  层合板的受力特性和各单层板密切相关。但是一层或几层 单层板的破坏，虽然将引起层合板刚度的显著变化，但是层 合板仍然可以由余下的各个单层板来承受更大的载荷，一直 到全部单层板破坏引起层合板的总体破坏为止 1. 复合材料力学性能特点  在讨论复合材料力学性能时提到的应力常常指某一尺度范围 内的平均应力。复合材料的铺层由性质完全不同的纤维和基体 构成，是非均质的。在分析组分性能与材料总体性能的关系时， 使用基体平均应力和纤维平均应力的概念。若把一个铺层视为 一个均匀连续体，则得到的平均应力称为铺层应力。这时不再 考虑组分相性能的差异。同样，若把整个层合板视为均匀连续 体，则得到的平均应力称为层板应力，即不再考虑各个铺层应 力的差异。 1. 复合材料力学性能特点 各向异性 复合材料 力学性能的 可设计性 基本特点 结构特性 1. 复合材料力学性能特点 纤维含量与缺陷