第1章 引言

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三、复合材料力学与复合材料结构力学
复合材料力学 研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚 度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损 伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测 试等力学问题。 复合材料结构力学： 研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动 等问题
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五、复合材料的特点及应用
复合材料具有高比强度、高比刚度、材料轻、耐腐蚀、抗 疲劳性能、减振性能和高温性能好意即可设计等特点 它最早应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域，近 年来，汽车、造船、建筑、化工石油、体育用品、生物、 医疗、娱乐等部门也推广使用复合材料 全复合材料汽车——汽油之后的变革 全复合材料汽车——汽油之后的变革 高性能体育器械高性能体育器械-网球、棒球、高尔夫球、赛车、滑雪、 鱼杆 人造器官 输油管道、储罐、压力容器等
四 四个工程弹性常数：拉伸模量EL、压缩模量 T、泊松比 LT、剪切模量 GLT 五个基本强度参数：纵向拉伸强度 纵向压缩强度X 五个基本强度参数：纵向拉伸强度XT、纵向压缩强度 C、横向拉伸强度 YT、横向压缩强度 C、剪切强度 横向压缩强度Y 剪切强度S 剪耦合， 扭耦合， 拉—剪耦合，弯—扭耦合，拉—弯耦合效应 剪耦合 扭耦合 弯耦合效应
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第一章 引言
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1.2复合材料力学性能的特点： 1.2复合材料力学性能的特点： 复合材料力学性能的特点
三、具有可设计性； 具有可设计性； 组分种类、含量， 组分种类、含量，铺层方向和顺序 四、力学性能有别于传统材料的一些特点。 力学性能有别于传统材料的一些特点。
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课程简介 目的 内容： 内容 内容： 考核 复合材料力学：包括细观力学和层合板理论，以 复合材料力学：包括细观力学和层合板理论， 参考书
及静力、动力和稳定分析及结构优化设计（典型 及静力、动力和稳定分析及结构优化设计（ 结构设计）。 结构设计）。
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十、复合材料的性能包括
强度 刚度 耐腐蚀性 耐磨性 重量
疲劳寿命 与温度有关的性能 绝热性 导热性 隔音性
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十一、复合材料特性： 十一、复合材料特性：
复合材料是非均质 各向异性的 复合材料是非均质和各向异性的。 非均质和 非均质——物质在各处有不同的性能 非均质——物质在各处有不同的性能， 物质在各处有不同的性能， 即物体的性能随物体内位置的改变而变化。 即物体的性能随物体内位置的改变而变化。 各向异性——在物体内一点的各方向上表现有不同的性能。 各向异性——在物体内一点的各方向上表现有不同的性能。 在物体内一点的各方向上表现有不同的性能 一般都是正交各向异性 一般都是正交各向异性
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六、复合材料的制备
传统意义上的复合材料的制造，目前使用最广、 效果最好的是纤维增强： 采用熔铸、浸渍、层压等方法，把玻璃纤维、 有机纤维、碳纤维及其织物嵌入树脂基体中； 采用熔铸、轧压等方法把硼纤维、高强度钢丝、 晶须等嵌入铝、镁、钛合金中 这样形成了纤维增强塑料、纤维增强金属和纤 维增强陶瓷。 除了纤维增强以外，还广泛使用已有工艺制造 复合材料，如喷涂、离子注入、层叠及骨架复 合等
效益 选材 结构形状、尺寸 结构形状、 校核 合格 结束
稳定性
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第一章 引言
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1.2 复合材料结构设计特点
p
各 向 异 性 材 料
L
p σ b ：屈服强度； 屈服强度； σb = k A K：安全系数； ：安全系数； p A=k = π r 2 P：外加载荷； ：外加载荷；
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复合材料力学
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课程简介 目的 目的： 内容 目的： 考核 （1）了解复合材料的性能特点及其影响因素， 了解复合材料的性能特点及其影响因素， 参考书
（2）复合材料性能设计的基本方法， 复合材料性能设计的基本方法， （3）掌握对复合材料及其典型结构进行力学 分析的基本原理和方法。 分析的基本原理和方法。
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四、复合材料的发展历程
复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个阶段 自古以来，人们就会使用天然的复合材料——木材、 自古以来，人们就会使用天然的复合材料——木材、 竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中 掺稻草，制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加 纸浆，可制成纤维增强复合材料 近代复合材料最早的有玻璃纤维增强树脂（如酚醛树 脂、环氧树脂等）——玻璃钢。 脂、环氧树脂等）——玻璃钢。 原子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料 的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐 蚀、电性能等提出了更高要求，使现代先进复合材料 蓬勃发展起来——高性能纤维和其他各种形式的复合 蓬勃发展起来——高性能纤维和其他各种形式的复合 材料
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3）局部增强的混合结构：是在常规材料所组成的结构的 局部增强的混合结构： 关键部位增用一些复合材料。如在加筋件的凸缘上采用单 关键部位增用一些复合材料。 向纤维复合材料，形成混合结构。 向纤维复合材料，形成混合结构。
复合材料是一种性能可设计的材料： 复合材料是一种性能可设计的材料：复合材料显著区
L
p σ b ：屈服强度； 屈服强度； σb = k A K：安全系数； ：安全系数； p A=k = π r 2 P：外加载荷； ：外加载荷；
σb
r
A：横截面积。 ：横截面积。
p
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1.2 复合材料结构设计特点
均质材料结构设计流程： 均质材料结构设计流程：
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课程简介 内容： 内容： 第一章 目的 第二章 内容 第三章 考核 第四章 参考书
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引言 应力－ 应力－应变关系 单向板的刚度分析 层合板的刚度分析 第五章 复合材料的强度 第六章 复合材料的细观力学 第七章 复合材料一维受力构件分析 第八章 复合材料梁分析 第九章 复合材料板分析 第十章 复合材料壳分析 第十一章 复合材料结构设计 第十二章 复合材料连接设计
2）网络分析：认为在纤维增强复合材料中，只有纤维在沿纤维方 网络分析：认为在纤维增强复合材料中，
向提供承载能力，在分析中完全忽略基体的作用。其适用于纤维缠绕 向提供承载能力，在分析中完全忽略基体的作用。 成型的内压容器——固体火箭发动机的壳体。 成型的内压容器——固体火箭发动机的壳体。 固体火箭发动机的壳体
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二、比强度、比模量高； 比强度、比模量高； 常见几种材料的比强度和比模量
材料 钢 铝 钛 高强度碳纤维/ 高强度碳纤维/环氧 高模量碳纤维/ 高模量碳纤维/环氧 比强度( 比强度(×107cm) 0.13 0.17 0.21 1.03 0.67 比模量( 比模量(×109cm) 0.27 0.26 0.25 0.97 1.5
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第一章 引言
1.2复合材料力学性能的特点： 1.2复合材料力学性能的特点： 复合材料力学性能的特点
一、复合材料是一种结构； 复合材料是一种结构； 层合板和复合材料结构件一次完成连续纤维增强聚合物 复合材料是由纤维和聚合物两种组分材料组成， 复合材料是由纤维和聚合物两种组分材料组成，两者之间有 明显的界面，实际上是一种结构。如以层合的形式制成， 明显的界面，实际上是一种结构。如以层合的形式制成，就 是一种层合结构
别于常规材料的地方是，它是一种性能可设计的材料，因 别于常规材料的地方是，它是一种性能可设计的材料， 而它赋予结构设计者的自由度要大得多。 而它赋予结构设计者的自由度要大得多。
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二、复合材料: 二、复合材料:
复合材料 是指由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与 原材料不同、但又保持某些有效功能的新材料。复合 材料中，一种材料作为基体，其他材料作为增强剂 两种以上材料 宏观尺度上的组合 微观尺度上的组合（合金） 具有各组分最好的性能，是单个组分所没有的 具有各组分最好的性能，是单个组分所没有的 复合材料是材料家族中最年轻、最活跃的新成员。所 谓“复合”，是在金属材料、有机高分子材料和无机 非金属材料自身或相互间进行，从而获得单一材料无 法比拟的、具有综合优异性能的新型材料（大飞机制 造）
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七、复合材料的分类
复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合 方式（界面结合形式） 按增强剂形状不同，可分为颗粒、连续纤维、 短纤维、弥散晶须、层状、骨架或网状、编织 体增强复合材料等 按使用功能不同，可分为结构复合材料和功能 复合材料等 按照基体材料的不同，复合材料包括聚合物基 复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料 等 热固性、热塑性 碳碳复合材料
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九、增强纤维与基体的作用与贡献
增强材料是决定复合材料的拉伸强度、模量、延 伸率的关键组分，增强纤维的种类、机械性能和 物理特征，以及增强材料的体积含量、纤维的取 向决定了复合材料的性质 树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦 损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分， 树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复 合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方 向）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）