复合材料结构设计练习题

复合材料结构设计基础 练习题1
练习题
一填空
1、复合材料的重要特点是（结构）设计与（材料）设计同时进行。

2、研究复合材料的强度和刚度时的基本假设有：
(1) 假设层合板是（连续）的；
(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（很小）。

3、复合材料单层（正交各向异性材料）基本强度指标包括：
Xt ——纵向拉伸强度； Xc ——纵向压缩强度；Yt ——横向拉伸强度； Yc ——横向压缩强度；S ——面内剪切强度。

4、对正交各向异性材料，当载荷作用在非材料主方向时，正交各向异性性能常常导致（耦合）效应。

5、单向层合板强度准则包括（最大应力）准则和（最大应变）准则。

6、按照各单层板相对于中面的排列位置，层合板可分为（对称）、（非对称）和（夹心）层合板三大类。

7、层合板的刚度用层合板（刚度）系数，为层合板内力-应变关系的系数、（柔度）系数为层合板应变-内力关系的系数、和（工程弹性）常数三种形式给出。

8、复合材料结构分析就是分析组成复合材料结构的基本元件在（载荷）作用下的力学响应，为（结构）设计提供可靠的依据。

9、复合材料连接，包括复合材料构件之间和复合材料构件与其它材料构件之间的连接，在复合材料结构中对结构的安全与可靠性具有十分重要的作用。

10、AutoCAD 中的编辑命令主要有删除、移动、复制、旋转、缩放、偏移、镜像、 阵列（写出其中五种）。

11、纤维增强复合材料是由（基体）和（增强体）两种基本材料组成的，构成复合材料的基本单元是（层合板）。

12、单层的正轴刚度是指单层在正轴上所显示的刚度性能，表示单层的正轴刚度可以用（工程弹性常数）、（柔量分量）或（模量分量）中的任意一组。

13、单层的正轴工程弹性常数有（纵向弹性模量E L ）、（横向弹性模量E T ）、（纵向泊松比νL ）、（横向泊松比νT ）、（面内剪切弹性模量G LT ）五个，其中独立的工程弹性常数为（4）个。

14、单层的强度包括（同第3题）五个基本强度指标，五个基本强度的确定，一般用（实验 ）的方法测定。

15、单层常用的失效准则包括（最大应力）准则、（最大应变）准则、蔡－希尔失效准则、霍夫曼失效准则等。

16、材料具有三个互相垂直的弹性对称平面的特性称为（正交各向异性），这些平面的法线方向 称为材料主方向。

与材料主方向重合的参考坐标轴称为（正轴），与材料主方向不重合，有一个偏转角的参考坐标轴称为（偏轴）。

17、多向层合板的强度指标一般有两个：在外力作用下，多向层合板最先一层失效时的层合板正则化内力称为（最先一层失效强度），其对应的载荷称为最先一层失效载荷；而最终失效（即层合板各铺层全部失效）时的层合板正则化内力称为（极限强度），其对应的载荷称为极限载荷。

18、复合材料的连接方式有胶接连接和机械连接。

二/选择
1. 单层板是（C ）材料。

A ．各向同性 B. 横向各向同性 C. 正交各向异性
2．在广义胡克定律表达式[][][]j ij i C εσ=（ij=1，2，……，6）中，将[]
C ij 表示的矩阵称为（ B ）。

A ．可逆矩阵 B.刚性矩阵 C.对称矩阵 D.柔性矩阵
3．各个单层均按0 o 、90 o 、45 o 和-45 o 方向的一种或几种铺设的对称层合板称为（ B ）层合板。

A ．准各向同性 B. 一般π/4 C. 正交各向异性 D. 各向同性
4. 对1:1平衡型织物复合材料，(C)方向的拉压模量最低。

A 0 o
B 90 o
C 45 o
D 60 o
5．下列哪项不属于AutoCAD 的编辑命令（D ）。

A 旋转
B 拉伸
C 裁剪
D 绘图
6. 对于各项同性材料，表达其刚度性能的参数是工程弹性常数E 、G 、 ，他们分别为拉压弹性模量、剪切弹性模量与泊松比，且三者之间有如下关系：2(1)
E G υ=+，独立弹性常数有2个。

而对于呈正交各向异性的单层，表达其刚度性能的工程弹性常数奖增加到5个，独立的弹性常数为（D ）个。

D. 4 纵向弹性模量E L 、横向弹性模量E T 、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT )、面内剪切弹性模量G LT 。

7. 轮胎理论负荷的计算公式为（A ）。

A ．海尔公式 B. 高孟田经验公式 C. 赫德克尔近似公式 D. 带束层应力公式
8. 下列能反应轮胎在滚动过程中周向变形的是（ ）。

A ．静负荷半径 B. 动负荷半径 C. 自由半径 D. 滚动半径
9. 与轮胎接地面积呈近似线性关系的是（A ）。

A ．下沉量 B. 行驶速度 C. 胎冠曲率半径 D. 硬度系数
问答
(2)各向异性性能 (3) 非均质性 (6) 对温/热环境较敏感
4)应力应变及失效分析（课本工艺流程图P189）
2) 材料与结构的使用环境相适应；3) 满足结构特殊性要求；4) 满足工艺性要求；5) 成本低、效益高
B 纤维选择 首先要确定纤维类别，其次要确定纤维的品种规格。

C 树脂选择 主要有热固性和热塑性树脂可供选择。

1) 要求基体材料能在使用温度范围内正常工作；2) 要求基体材料具有一定的力学性能；3) 要求基体材料的断裂伸长率大于或接近纤维的断 5) 要求具有一定的工艺性
(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
2) 均衡对称铺设原则
3) 铺层取向按承载选取原则
4) 铺层最小比例原则
5) 铺设顺序原则
6) 冲击载荷区设计原则
7) 防边缘分层破坏原则
8) 抗局部屈曲设计原则
9) 连接区设计原则
（看看课本推导过程P65）
2) 材料与结构的使用环境相适应
3) 满足结构特殊性要求
4) 满足工艺性要求
2）强度分散性小；3）抗剥离能力大；4）易于拆卸。

缺点：1）开孔需削弱构件截面，且引起应力集中等；2）接头质量较大；3）成本高；4）可能有电化
高的疲劳极限应力，寿命较长。

所以，在既定的使用工作温度下，应尽量使用韧性胶。

②尽量减少应力集中
(c)变厚度搭接；(d)单盖板对接；(e)双盖板对接；(f)变厚度盖板对接
2) 尽量不采用过盈配合，即使在过盈配合时也应该使过盈量很小；
3) 连接接头的质量要轻。

并按下Enter键或空格键予以确认。

2) 菜单输入及按钮（工具栏）输入。

单击工具栏中的图标可以调用相应的命令，并根据对话框中的选项或命令行中的命令提示执行该命令。

3)菜单输入。

通过鼠标左键在主菜单中单击下拉菜单，再移动到相应的菜单条上单击对应的命令。

4）屏幕菜单输入。

195表示轮胎名义断面宽度为195毫米；60表示为扁平率的百分数，即轮胎断面的高度比宽度为60％；
R表示子午线轮胎（另外还有D普通斜交轮胎和B带束斜交轮胎）；
14表示使用轮辋直径为14英寸；85是载荷指数。

H是速度标记号。

名词
应力：材料发生形变时其内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，称为应力
应变：当材料在外力作用下不能产生位移时，它的几何形状和尺寸将发生变化，这种形变就称为应变
各向同性：各向同性指物体的物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的特性，即某一物体在不同的方向所测得的性能数值完全相同，亦称均质性
各向异性：物体的全部或部分物理、化学等性质随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性
正交各向异性：正交各向异性材料是指通过这种材料的任意一点都存在三个相互垂直的对称面，垂直于对称面的方向称为弹性主方向.
正轴：指单层材料的弹性主方向。

偏轴：材料的主方向往往和几何上适应解题要求的坐标轴方向不一致，即非材料主方向。

柔量分量：单层的正轴柔量分量。

模量分量：单层的正轴模量分量。

设计许用值：按设计载荷校核时，采用设计载荷所对应的许用值，称为设计许用值。

层合板：是从中面向上或向下观察各单层方向、铺设顺序是相同的，同时各单层的材料及其厚度也是相同的。

对称层合板：对称层合板是指层合板中面两侧对应处的各单层材料相同、铺层角相等的层合板。

耦合系数：表明由一种外力引起另一种基本变形的应变与此种外力引起相应的基本变形的应变之比。

CAD：计算机辅助设计。

Computer Aided Design。