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复合材料结构设计的特点

(1)复合材料既是一种材料又是一种结构

(2)复合材料具有可设计性

(3)复合材料结构设计包含材料设计

复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及

其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计）

具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除

力学性能外的其他性能

复合材料力学性能的特点

(1)各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表

示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹

性性能独立的工程弹性常数有两个：E(弹性模量)和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。

E

G



2(1)

对于复合材料中的每个单层，表达材料弹性性能的独立的工程弹性常数有四个：纵向弹性模

量E、横向弹性模量E、纵向泊松比ν(或横向泊松比ν)、面内剪切弹性模量G。

LTLTLT

耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合

(2)非均质性

耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起

其他基本变形。

(3)层间强度低

在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。

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。

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。（σ＝0，τ＝0，τ＝0）

zzxzy

平面应变状态（平面位移）：ε＝0（即ω＝0），τ＝0(γ＝0)，τ＝0(γ＝0)，

zzx31zy32

σ一般不等于0。

z

复合材料连接方式

复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结

构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。

连接方式优点缺点

胶接表面必须仔细清理强度

不削弱构件截面以及由此引

分散性大，且胶接强度受温湿

起的应力集中等连接部位的

胶接连接环境的影响较大胶接质量的

质量较轻成本低耐腐蚀性

检验较困难多数情况下胶接

好