结构复合材料教学讲义
第3节复合材料课件2-讲义
高 高温 温
△ 2 Cu +S△===Cu2S Cu +CI2 ===CuCI2
CuSO4+5H2O === CuSO4.5H2O
白色粉末有何用途？
蓝色
前面我们学习了金属材料（黑色[Fe\Cr\Mn、 有色）、非金属材料（传统和新型）， 另外初中也接触到各种有机合成材料， 今天我们再学习一种性能更优良的材
THANK YOU
精品jing
第3节复合材料课件2
复习回顾：
❖ 1.铜与稀硫酸、盐酸、醋酸反应吗？ ❖ 与稀硝酸、浓硝酸反应吗？写出方程式。 ❖ 2.与浓硫酸呢？写出方程式。 ❖ 写出FeCI3、AgN03和Cu的方程式 3 . Cu和CI2、S反应的方程式
写出实验室检验水的化学方程式。
②在加热或点燃条件下，铜能与许多非金属反应。
料——复合材料。
一、认识复合材料 ［交流·研讨单一材料的优缺点］
材料 金属材料
无机非金 属材料
实例 钢铁
普通玻璃
优点 硬度大 易加工
抗腐蚀
缺点 易被腐蚀 易破碎
有机合成 材料
塑料 耐腐蚀
易老化 不耐高温
归纳
1、复合材料的概念： 将两种或两种以上的性质不同的材料经过 特殊的加工制成的材料称为复合材料。
应用：纺织机械和化工机械的制造，人体组 织中韧带的制作，制造高尔夫球杆、网球拍 等等体育用具
优点：这些 复合材料具有 耐高温、强度 高、导电性好、 导热性好、不 吸湿和不易老 化等优点。
2、航空、航天领域的复合材料 1）机翼、机身、导弹壳体和尾翼的复合材料 组成
基体：金属:用得较多的是铝、镁、钛等 密度小的轻金属 增强体：纤维（碳纤维、硼纤维、碳 化硅纤维、氧化铝纤维等）
《复合材料结构设计》PPT课件
传统机械按键结构层图：
按键
PCBA
开关键Байду номын сангаас
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类型，尽量选择 平头类的按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键设计间隙建议 留0.05~0.1mm，以防按键死键。 3.要考虑成型工艺，合理计算累积公
差，以防按键手感不良。
§4.3 层合板与层合件设计
4.3.4 变厚度层合板设计
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§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.2 设计许用值的定义与确定原则
金属材料设计许用值以应力表示，称设计许用应力 ；复合材料 结构的设计许用值选择应变，称设计许用应变。
确定设计许用值的一般原则： ★ 结构的拉伸设计许用值主要取决于含孔试样的许用值，结
构的压缩设计许用值主要取决于含冲击损伤试样的许用值。 ★ 薄蒙皮或薄面板蜂窝夹层结构设计许用值的确定，还需根
§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破 坏模式与设计 准则
（1）夹层结构破坏模式
37
§4.4 夹层结构设计
4.4.1 夹层结构的破坏模式与设计准则
（2）夹层结构设计准则
◆ 在设计载荷下，面板的面内应力应小于材料强度，或在设计载荷下，面 板应变小于设计许用应变；
◆ 芯子应有足够的厚度（高度）及刚度 ； ◆ 芯子应有足够的弹性模量和平压强度，以及足够的芯子与面板平拉强度； ◆ 面板应足够厚，蜂窝芯格尺寸应合理； ◆ 应尽量避免夹层结构承受垂直于面板的平拉或平压局部集中载荷； ◆ 胶粘剂必须具有足够的胶接强度，同时还要考虑耐环境性能和老化性能； ◆ 碳纤维层合面板与铝蜂窝芯子胶接面要注意防止电偶腐蚀问题； ◆ 对雷达罩等有特殊要求的夹层结构，面板、芯子和胶粘剂选择必须考虑 电性能、阻燃、毒性和烟雾等特殊设计要求。
第九章--复合材料的结构设计 ppt课件
一、复合材料的结构设计基础 （教材P8-9）
复合材料本身是非均质、各向异性材料，因此，复合材料力学在经典 非均质各向异性弹性力学基础上得到迅速发展。
复合材料不仅是材料，更确切的说是结构。
一次结构
固体力学
二次结构
三次结构
动载荷：指能使构件产生较大的加速度，并且不能忽略 由此而产生的惯性力的载荷。
结构的可靠性与经济性
图2：结构成本与可靠性的关系 结构可靠性分析可分为结构静强度可靠性和结构疲劳寿命可靠性。
总成本最低时（即经济性最好）的可靠性为最合理。
环境条件
力学条件：加速度、冲击、振动、声音等
物理条件：压力、温度、湿度等
（2）刚度预测与核定 理论推测，实验核定。
（3）强度预测与核定 横向强度预测困难，以实验为准。 纵向拉伸强度(纤维延伸率小，首先断裂)
c f max Vf mVm 纤维量多，取决于纤维
c mmax Vm
纤维量少，取决于基体
纵向压缩强度
c 2V f
Vf E f Em 3 (1 V f )
气象条件：风雨、冰雪、日光等 大气条件：放射线、霉菌、盐雾、风沙 等
条件①和②主要影响结构的强度和刚度， 条件③和④主要影响结构的腐蚀、磨损、老化等。
材料设计，通常是指用几种原材料组合成具有所 要求性能的材料的过程。原材料包括基体材料和 增强材料。
材料设计包括原材料选择、单层性能的确定和复 合材料层合板设计。
①高强度，高刚度 高性能CF、BF
②高抗冲击
GF、KF
③低温性能
CF
④尺寸稳定
KF、CF
⑤透波，吸波
复合材料结构设计教学大纲
复合材料结构设计教学大纲复合材料结构设计教学大纲引言：复合材料是一种由两种或两种以上的材料组成的材料，具有优异的力学性能和重量比。
在现代工程领域中，复合材料的应用越来越广泛。
为了培养学生对复合材料结构设计的理解和掌握，制定一份全面而系统的教学大纲是非常重要的。
一、复合材料的基本概念和分类1. 复合材料的定义和特点- 复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优异的力学性能、重量比和耐腐蚀性。
- 复合材料的组成包括基体材料和增强材料，可以根据增强材料的形态分类为颗粒增强、纤维增强和层叠增强等。
2. 复合材料的分类- 根据基体材料的类型，复合材料可以分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料和聚合物基复合材料等。
- 根据增强材料的形态，复合材料可以分为颗粒增强复合材料、纤维增强复合材料和层叠增强复合材料等。
二、复合材料的力学性能1. 复合材料的力学性能参数- 弹性模量、屈服强度、断裂韧性等是评价复合材料力学性能的重要参数。
- 针对不同应力状态，可以定义拉伸强度、压缩强度、剪切强度等不同的力学性能参数。
2. 复合材料的强度理论- 复合材料的强度理论包括经典层合板理论、微观力学理论和损伤力学理论等。
- 不同的强度理论适用于不同的复合材料结构设计场景，需要根据实际情况进行选择和应用。
三、复合材料结构设计的基本原则1. 强度和刚度匹配原则- 复合材料结构设计中，应根据实际工作条件和要求，选择合适的增强材料、基体材料和层厚比例，以实现强度和刚度的匹配。
- 合理的层合板结构设计可以提高复合材料的整体性能。
2. 界面设计原则- 复合材料的界面是基体材料和增强材料之间的连接界面，界面的设计对复合材料的性能和寿命具有重要影响。
- 通过表面处理、界面增强和界面粘结等手段，可以提高复合材料的界面性能。
3. 成本效益原则- 复合材料的结构设计应考虑成本效益因素，包括材料成本、制造成本和维护成本等。
- 在保证性能的前提下，尽可能降低复合材料的制造和维护成本，提高整体经济效益。
复合材料结构设计教学大纲
《复合材料结构设计》教学大纲课程编号：B03080600课程名称：复合材料结构设计英文名称：Architectural Design of Composites课程性质：限选课学时/学分：32/2考核方式：考核内容分为两个部分，即平时成绩（占总成绩的30%）和考试成绩（占总成绩的70%）选用教材：《复合材料结构设计》，王耀先编，化学工业出版社出版，2001年先修课程：复合材料导论、复合材料学、复合材料聚合物基体后继课程：高性能纤维制备及应用、复合材料与工程前沿、纳米复合材料、功能复合材料适用专业及层次：复合材料与工程本科一、课程目标通过本课程的学习，使学生具备下列能力：1.能够准确理解复合材料力学研究、复合材料结构力学研究以及复合结构设计中有关力学的一般规律和基本概念；2.能够运用复合材料结构设计中的基本原理、基本方法，进行复合材料结构设计和新产品开发的基本技能；3.能够把握国内外复合材料结构设计的新技术及工业生产情况；4.能够掌握一种常用的计算机辅助设计软件，进行计算机辅助设计。
三、教学基本内容第一章绪论（支撑课程目标1、4）1.1复合材料的发展与现状1.2复合材料的分类1.3 复合材料力学性能特点1.4复合材料结构设计的特点要求学生：了解复合材料的发展与现状、掌握复合材料的基本概念及分类；掌握复合材料力学性能特点；掌握复合材料结构设计的特点。
第二章单层的刚度与强度（支撑课程目标1、2）2.1 基本概念2.2 单层的刚度2.3 单层的偏轴刚度2.4单层的强度2.5单层的三维应力一应变关系要求学生：掌握正轴、正交各项异性等基本概念；掌握单层刚度的表示方法及应力-应变关系、应变-应力关系推导；单层偏轴刚度与正轴刚度推导；单层强度的表示方法及基本强度准则。
第三章层合板的刚度与强度（支撑课程目标1、2）3.1 层合板简化表示方法3.2 对称层合板的面内刚度3.3 对称层合板的弯曲刚度3.4 一般层合板的刚度3.5 层合板的强度要求学生：掌握层合板简化表示方法；掌握对称层合板面内刚度，层合板强度表示方法及失效准则第四章复合材料结构分析（支撑课程目标1、2）4.l复合材料结构分析的基本问题4.2复合材料梁4.3夹层结构分析4.4复合材料板的弯曲分析要求学生：掌握复合材料结构分析的基本问题，三大方程；复合材料梁、板弯曲分析第五章复合材料连接（支撑课程目标1、2、3）5.1复合材料连接方式5.2胶接连接5.3机械连接要求学生：掌握复合材料胶接连接、机械连接特点、连接方式。
第一章复合材料概述课件
第一章复合材料概述课件一、教学内容本节课我们将学习教材中第一章“复合材料概述”的内容。
具体包括：1.1节复合材料的定义与分类，详细探讨复合材料的组成、结构特点及其分类方法；1.2节复合材料的基本性能，介绍复合材料的力学、热学、电学等性能及其影响因素；1.3节复合材料的应用领域，分析复合材料在航空、航天、汽车、建筑等行业的应用实例。
二、教学目标1. 了解复合材料的定义、分类及其基本性能；2. 掌握复合材料的应用领域，培养学生的创新意识；3. 提高学生对复合材料结构与性能关系的认识，培养学生的科学素养。
三、教学难点与重点难点：复合材料的基本性能及其影响因素，复合材料的应用领域。
重点：复合材料的定义与分类，复合材料的结构与性能关系。
四、教具与学具准备1. 教具：复合材料样品、PPT课件、投影仪；五、教学过程1. 导入：展示复合材料样品，让学生观察并思考：什么是复合材料？它们有什么特点？2. 讲解：通过PPT课件，讲解复合材料的定义、分类、基本性能及应用领域。
3. 实践情景引入：介绍复合材料在生活中的应用实例，如碳纤维自行车、玻璃钢船舶等。
4. 例题讲解：讲解复合材料力学性能的计算方法，并进行随堂练习。
5. 课堂讨论：分析复合材料在航空、航天等领域的应用优势，引导学生探讨其未来发展方向。
六、板书设计1. 复合材料的定义与分类2. 复合材料的基本性能3. 复合材料的应用领域七、作业设计1. 作业题目：请简述复合材料的定义、分类及其应用领域。
2. 作业题目：请举例说明复合材料的基本性能及其影响因素。
答案：复合材料的基本性能包括力学性能、热学性能、电学性能等。
影响因素包括：基体材料、增强材料、界面结合、制备工艺等。
例如，碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度和模量，其性能受碳纤维的排列方式、含量、界面结合等因素影响。
八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的基本概念、性能和应用，使学生了解复合材料的优势和特点。
复合材料整理讲义
考试时记得带英语词典！！！第一章复合材料基础定义、命名和分类及特性Definition1 : 由物理或化学性质不同的有机高分子、金属或无机非金属等两种或两种以上材料经一定的复合工艺制造出来的一种新型材料。
Definition3 :A composite is commonly defined as a combination of two or more distinct materials, each of which retains its own distinctive properties, to create a new material with properties that cannot be achieved by any of the components acting alone.复合材料的结构通常是一个相为连续相，称为基体(Matrix)；而另一相是以独立的形态分布在整个连续相中的分散相，这种分散相的性能优越，会使材料的性能显著增强，故常称为增强体(reinforment)(也称为增强材料、增强相等)。
在大多数情况下，分散相较基体硬，强度和刚度较基体大。
分散相可以是纤维及其编织物，也可以是颗粒状或弥散的填料。
在基体与增强体之间存在着界面。
基体与增强体的作用：见书 P81.3 复合材料的分类(Classfication)复合材料的分类方法很多，常见的分类方法有以下几种：一、按增强材料形态类Classification by morphology of reinformentmaterials1、纤维增强复合材料(Fiber reinforced composites)：a.连续纤维复合材料：作为分散相的长纤维的两个端点都位于复合材料的边界处；b.非连续纤维复合材料：短纤维、晶须无规则地分散在基体材料中；3、板状复合材料、层叠式复合材料Laminatedcomposite其他增强体：层叠、骨架、涂层、片状、天然增强体2、颗粒增强复合材料(Particles reinforced composites)：；弥散增强dispersion strengthened 颗粒增强particle reinforced三、按用途分Classificationby end-use①结构复合材料；②功能复合材料。
复合材料的结构复合材料基体增强体PPT课件
性能（与基体相比）—— 强度，疲劳性能，韧性， 耐蚀，蠕变抗力高。
用途 —— 火箭外壳 ，齿轮，轴承，活塞，密封圈，
化工容器。
-
30
硼纤维树脂复合材料
增强剂 —— 硼纤维, σb=2750～3140MPa，E=382～ 392MPa（4倍于玻纤）。
基体 —— 环氧树脂等。
性能 —— 抗压、剪切和疲劳强度高，蠕变小，硬 度和弹性模量高，耐辐射, 化学稳定（水, 有 机溶剂, 燃料, 润滑剂）, 导热性能和导电性 能好。
用途 —— 航空和宇航材料。-
31
硼纤维金属复合材料
基体 —铝镁及其合金，钛及其合金。
性能 —如铝基复合材料的强度、弹性模量、疲劳 极限高于高强铝合金，比强度高于钢和钛 合金 。
用途 —航空、火箭 。
-
32
9.4 复合材料在设计中的应用
聚合物基纤维增强复合材料
通常用碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维增强高分子材 料。
这类复合材料的性能较环氧树脂等基体有大幅度的 提高，比强度也高得多。
材料种类
纵向抗拉强 度 MPa
纵向弹性模 量 GPa
环氧树脂
69
6.9
环氧树脂 / E级玻璃纤维
1020
45
环氧树脂 / 碳纤维（高弹性） 1240
常用的基体金属材料有铝合金、钛合金和镁 合金。
作为增强体的连续纤维主要有硼纤维、SiC 和C纤维；Al2O3纤维通常以短纤维的形式用 于MMC中。
-
26
纤维增强陶瓷复合材料
陶瓷材料耐热、耐磨、耐 蚀、抗氧化，但韧性低、 难加工。在陶瓷材料中加 入纤维增强，能大幅度提 高强度，改善韧性，并提 高使用温度。
基体材料和增强材料在性能上互相取长补短 ，产生协同效应，使复合材料的综合性能优 于原组成材料而满足各种不同的要求。
复合材料力学讲义
复合材料力学讲义第一部分简单层板宏观力学性能1.1各向异性材料的应力—应变关系应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为：（1—1）其中σi 为应力分量，Cij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。
按表1—l，用简写符号表示的应变定义为：表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照注：γij （i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变（1—2）其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。
在方程(1—2)中，刚度矩阵Cij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi 作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为：（1—3）由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为：（1—4）沿整个应变积分，单位体积的功为：（1—5）虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出：（1—6）于是（1—7）同样（1—8）因W的微分与次序无，所以：（1—9）这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。
用同样的方法我们可以证明：（1—10）其中S是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为ij（1—11）同理（1—12）即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。
在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为：（1—13）实际上，关系式(1—13)是表征各向异性材料的，因为材料性能没有对称平面．这种各向异性材料的别名是全不对称材料．比各向异性材料有更多的性能对称性的材料将在下面几段中叙述．各种材料性能对称的应力—应变关系式的证明由蔡（Tais）等给出。
如果材料有一个性能对称平面应力—应变关系式可简化为（1—14）对称平是z＝0．这种材料称为单对称材料．单对称材料有13个独立的弹性常数。
《复合材料结构设计》课件
《复合材料结构设计》课件一、综述随着科技的快速发展，复合材料结构设计已经成为当今工程领域中的一个重要研究方向。
复合材料以其独特的优势，如轻质、高强、耐腐蚀等特性，被广泛应用于航空、汽车、建筑等各个行业。
本文的《复合材料结构设计》课件旨在系统介绍复合材料的结构设计与优化技术，以期为相关领域的科研人员和工程师提供理论指导和实践参考。
复合材料自问世以来，其结构设计理论和技术就一直在不断地发展和完善。
随着新材料科学的进步，复合材料的种类日益增多，其结构设计也从单一的层合板结构逐步扩展到更为复杂的夹芯结构、功能梯度结构等。
复合材料的结构设计理论逐渐引起了学术界的广泛关注，成为一个活跃的研究领域。
特别是现代高性能计算与数值模拟技术的发展，使得复杂结构的精确分析与优化设计成为可能。
国内外学者在复合材料结构设计方面已经取得了许多重要的研究成果和突破。
复合材料结构设计的研究意义在于其能够显著提高复合材料的性能和使用价值。
通过合理的结构设计，可以优化复合材料的力学性能、热学性能、抗疲劳性能等，从而满足各种工程应用的需求。
随着复合材料结构设计理论的不断发展，其在航空航天、汽车制造、建筑等领域的应用也将得到进一步的拓展和深化。
研究复合材料结构设计具有重要的理论价值和实践意义。
本课件将详细介绍复合材料结构设计的基本原理和方法。
我们将介绍复合材料的类型与特性；探讨复合材料结构设计的基本步骤和要点；结合实际案例进行复合材料结构设计的实例分析；我们将介绍先进的数值模拟技术和优化设计方法在实际设计中的应用。
本课件还将关注最新的研究成果和发展趋势，以期为读者提供一个全面而深入的视角。
通过本课件的学习，读者将能够系统地掌握复合材料结构设计的基本理论和实际应用技术。
1. 复合材料的定义与发展概述复合材料是一种由两种或多种不同性质、不同结构的材料通过一定的工艺手段组合而成的具有优异性能的新型材料。
这些组成材料通常具有不同的物理、化学和机械性能，经过复合后产生协同效应，使得复合材料表现出比单一材料更优越的综合性能。
《复合材料概论》课件
化学反应法：通过化学反 应将增强材料与聚合物结 合，形成复合材料。
金属基复合材料的制备
金属基复合材料的制备方法主要包括
这些制备方法的选择取决于所需的金属 基复合材料的性能和用途。
喷射沉积法：将增强材料与金属熔体一 起喷射并沉积在基体上，形成复合材料 。
《复合材料概论》课件
• 复合材料的定义与分类 • 复合材料的组成与结构 • 复合材料的制备方法 • 复合材料的性能与应用 • 复合材料的发展趋势与挑战
01
复合材料的定义与分类
定义
总结词
复合材料的定义是指由两种或两种以上材料组成的新材料，各组分之间具有显著的相界 面。
详细描述
复合材料是通过物理或化学的方法将两种或两种以上的材料结合在一起，形成一个新的 材料。这些原始组分在复合材料中保持相对独立，并能够共同发挥作用，以满足特定的
智能复合材料是指具有感知、响应和 自适应能力的复合材料，是未来复合 材料发展的重要方向之一。
纳米复合材料的研究
纳米技术的应用为复合材料的发展带 来了新的机遇，纳米复合材料在提高 材料性能、增强材料功能等方面具有 显著优势。
环保与可持续发展
绿色复合材料的推广
随着环保意识的提高，绿色复合材料在生产和使用过程中对环境的 影响越来越受到关注，推广绿色复合材料是可持续发展的必然要求。
改善界面性能是提高复合材料 性能的关键手段之一，可以通 过表面处理、偶联剂等方法来
实现。
03
复合材料的制备方法
聚合物基复合材料的制备
聚合物基复合材料的制备 方法主要包括
聚合物溶液法：将增强材 料浸渍在聚合物溶液中， 然后去除溶剂，形成复合 材料。
复合材料概论教学课件电子教案全套课件(1)
复合材料概论教学课件电子教案全套课件一、教学内容本节课我们将学习复合材料的相关知识。
具体教学内容为教材第三章“复合材料”的第一节“复合材料概述”，包括复合材料的定义、分类、性能特点及应用领域等方面的内容。
二、教学目标1. 理解复合材料的定义，掌握复合材料的分类及性能特点。
2. 了解复合材料的应用领域，提高学生对材料科学的兴趣。
3. 培养学生的实践操作能力，学会分析复合材料的性能与应用。
三、教学难点与重点难点：复合材料的性能特点及其在实际应用中的优势。
重点：复合材料的定义、分类及其在实际应用中的案例分析。
四、教具与学具准备1. 教具：PPT课件、实物样品、视频资料等。
2. 学具：笔记本、笔、计算器等。
五、教学过程1. 导入：通过展示一些日常生活中的复合材料制品，引导学生思考复合材料的特点与应用。
2. 知识讲解：1) 复合材料的定义及分类。
2) 复合材料的性能特点。
3) 复合材料的应用领域。
3. 实践操作：1) 分组讨论：分析复合材料在实际应用中的优势。
2) 观看视频：了解复合材料的制备工艺。
4. 例题讲解：以碳纤维增强复合材料为例，讲解其制备过程、性能特点及应用领域。
5. 随堂练习：1) 判断题：复合材料的性能是否完全取决于基体材料？六、板书设计1. 复合材料的定义2. 复合材料的分类3. 复合材料的性能特点4. 复合材料的应用领域七、作业设计1. 作业题目：1) 解释复合材料的定义，并举例说明。
2) 分析复合材料在实际应用中的优势，至少列举三点。
3) 简述碳纤维增强复合材料的制备过程及其性能特点。
2. 答案：八、课后反思及拓展延伸本节课通过讲解复合材料的基本概念、性能特点及应用领域，使学生初步了解了复合材料的内涵。
课后，教师应关注学生对复合材料知识的掌握程度，及时进行辅导。
拓展延伸：1. 了解其他类型的复合材料，如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
2. 研究复合材料在航空航天、汽车制造等领域的应用案例。
复合材料讲稿2
第二章复合材料的复合效应第一节复合效应概述复合材料的复合原理是研究复合材料的结构特性、开拓新材料领域的基础。
耦合：不同性质材料之间的相互作用。
→复合材料性能与结构的协同相长特性（即复合后的材料性能优于每个单独组分的性能）。
从力学、物理学上理解复合材料多样性的基础。
拟解决的问题：寻找材料复合的一般规律。
研究增强机理。
一、材料的复合效应线性效应：平均效应、平行效应、相补效应、相抵效应。
非线性效应：相乘效应、诱导效应、共振效应、系统效应。
复合效应是复合材料的研究对象和重要内容，也是开拓新型复合材料、特别是功能型复合材料的基础理论问题。
非线性效应尚未被充分认识和利用，有待于研究和开发。
1、平均效应：P c=P m V m+P f V f（P：材料性能；V：材料体积含量；c：复合材料；m：基体；f：增强体或功能体）应用：力学性能中的弹性模量、线膨胀率等结构不敏感特性；热传导、电导等物理常数。
例：复合材料的弹性模量：E c=E m V m+E f V f（混合定律）2、相补效应：性能互补→提高综合性能。
例：脆性高强度纤维与韧性基体复合，适宜的结合形成复合材料。
→性能显示为增强体与基体互补。
3、相乘效应：X/Y·Y/Z=X/Z（X、Y、Z：物理性能）两种具有转换效应的材料复合→发生相乘效应→设计功能复合材料。
例：磁电效应（对材料施加磁场产生电流）——传感器，电子回路元件中应用。
压电体BaTiO3与磁滞伸缩铁氧体NiFe2O4烧结而成的复合材料。
对该材料施加磁场时会在铁氧体中产生压力，此压力传递到BaTiO3，就会在复合材料中产生电场。
最大输出已达103V·A。
单一成分的Cr2O3也有磁电效应，但最大输出只有约170V·A。
4、共振效应：两个相邻的材料在一定条件下，产生机械的、电的、磁的共振。
应用：改变复合材料某一部位的结构→复合材料固有频率的改变→避免材料工作时引起的破坏。
吸波材料：调整复合材料的固有频率，吸收外来波。
复合材料实验讲义精编WORD版
复合材料实验讲义精编WORD版
每题实验内容及其原理
一、实验综述
二、实验前准备
1、复合材料的分类
复合材料的分类被划分为：复合材料、半复合材料和发药复合材料。
其中，复合材料是指由几种材料组成的结构体，它们共同起关键作用，并具有更加出色的性能与功能；半复合材料是指材料的两部分结构，其中一部分是复合材料的一部分，另外一部分材料使得整体结构更加稳定，从而改善复合材料的性能；而发药复合材料则是通过在复合材料中添加发药剂来增强材料的特性，使其更加有效地使用。
2、实验材料
实验讲义中用到的材料有：复合材料，其中包括玻璃纤维、碳纤维、树脂基复合材料；半复合材料材料包括铝合金土耳其基复合材料、钢筋混凝土基复合材料；发药复合材料材料包括复合多分子复合材料、镀锌复合材料。
三、实验过程
1、测定复合材料的力学性能
使用三轴试验仪测定复合材料的力学性能，根据实际测试要求调整试验参数，观察变形、应力变化趋势。
复合材料力学讲义
第32页/共132页
圆形截面纤维增强复合材料对E2的影响
上述分析基于纤维的横截面为方形或矩形时导出实际为圆形，对模型进行修正欧克尔采用了折算半径的概念，令R=df/sdf为圆截面纤维的直径，s为纤维的间距
折算半径实际上反映了纤维含量体积比Vf的影响
第33页/共132页
圆形截面纤维增强复合材料对E2的影响
Ec = (0.4)(6.9x103 MPa) + (0.6)(72.4x103 MPa) = 46.2 x 103 MPa
第21页/共132页
刚度的材料力学分析方法
串联模型
与试验值相比，较小，由于纤维随机排列，兼有串联和并联的成分
(iso-stress)
表观弹性模量E2的确定：
第22页/共132页
引 言
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引 言
用实验方法系统测定各种复合材料的宏观弹性特性和微观力学性能的关系涉及参数太多，费用巨大复合材料性能不稳定和试验误差，使试验结果较为分散单用试验手段很难获得全面的、系统的和有良好规律的结果，需要有理论配合微观力学研究改进复合材料宏观特性减少试验工作量反向推算复合材料中纤维和基体的平均特性
In Borsic fiber-reinforced aluminum, the fibers are composed of a thick layer of boron deposited on a small – diameter tungsten filament.
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引 言
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引 言
简单层板假设宏观均匀线弹性宏观地正交各向异性无初应力纤维假设均匀性线弹性各向同性规则地排列完全成一直线
复合材料ppt课件文字可编辑
通过调整复合材料的铺层顺序、纤维方向和厚度分布等参数，实现结构的最优化。
制造工艺优化
针对复合材料的制造工艺进行优化，提高生产效率和产品质量。
试验验证与反馈
对优化后的复合材料结构进行试验验证，并将结果反馈至设计阶段，不断完善和优化设计方案。
优化设计策略探讨
06
CHAPTER
复合材料加工与制造技术
自动铺放技术及应用实例
自动铺放技术概述
自动铺放技术是一种高效、精确的复合材料制造方法，主要包括自动铺带技术和自动铺丝技术。
应用实例
自动铺放技术在航空航天、汽车、船舶等领域具有广泛应用。例如，在航空航天领域，自动铺放技术可用于制造飞机机翼、机身等部件，提高生产效率和产品质量。
树脂传递模塑（RTM）是一种闭模成型技术，将低粘度树脂注入到闭合模具中，浸润增强材料并固化成型。
航空航天领域
汽车工业领域
体育器材领域
分享汽车轻量化设计中的复合材料应用案例，如车身、底盘、发动机罩等部件。
介绍高尔夫球杆、网球拍、自行车车架等体育器材中复合材料的设计与应用。
03案例分享
01
02
03
04
有限元分析
利用有限元分析方法对复合材料结构进行力学性能和热学性能分析，以指导优化设计。
07
CHAPTER
复合材料回收利用与环保问题探讨
当前复合材料回收利用率较低，大量废弃物未得到有效利用。
回收利用率低
复合材料种类繁多，回收处理技术复杂，难以实现高效、低成本回收。
技术挑战
缺乏成熟的复合材料回收市场，回收产业链尚不健全。
市场机制不完善
回收利用现状及挑战
生产成本增加
环保法规的实施导致企业生产成本增加，对产业发展带来一定压力。
第八章 结构复合材料(讲义)
双氰氨（6-8 份）、乙二醇单甲醚（适量）加入反应釜中，于 110-120℃下反应一定时间后， 冷却至 60℃以下加入丙酮配成树脂胶液，浸渍玻璃布烘干后，与铜箔迭合，在液压机中压 制成复铜箔板，该复铜箔板具有较高的剥离强度和耐锡焊性。此外，双酚 A 环氧树脂与不 饱合聚酯树脂的共混物亦常用作玻璃纤维增强复合材料的基体树脂，用于造船及化工设 备。
表 8-1 聚丁二烯环氧玻璃布层压板性能
项
目
含胶量（%）
比重
拉伸强度(MPa) 弯曲强度(MPa) 抗压强度(MPa) 布氏硬度 (kg/cm2) 冲击强度(kg·cm/cm2) 马丁耐热（℃）
表面电阻系数（Ω）
体积电阻系数（Ω·cm） 击穿电压(KV/mm) 介电常数 106Hz 介质损耗角正切值，106Hz
1．玻璃纤维增强环氧树脂
1
玻璃纤维增强环氧树脂是 GFRTP 中综合性能最好的一种，这是与它的基体材料环氧 树脂分不开的。因环氧树脂的粘结能力最强，与玻璃纤维复合时，界面剪切强度最高。它 的机械强度高于其他 GFRTP。由于环氧树脂固化时无小分子放出，故玻璃纤维增强环氧树 脂的尺寸稳定性最好，收缩率只有 1%-2%，环氧树脂的固化反应是一种放热反应，一般易 产生气泡，但因树脂中添加剂少，很少发生鼓泡现象。同时，环氧玻璃钢的电绝缘性能十 分优异，在高频下仍能保持良好的介电性能，并且环氧玻璃钢不受电磁作用，不反射无线 电波，微波透过性好。此外，良好的耐腐蚀性能也是环氧玻璃钢的突出特点之一，环氧玻 璃钢具有良好的耐化学、海水、潮湿及耐气候性能，在许多方面可以代替不锈钢。唯一不 足之处是环氧树脂粘度大，加工不太方便，而且成型时需要加热，如在室温下成型固化会 导致环氧树脂固化反应不完全，因此不能制造大型的制件，使用范围受到一定的限制。根 据基体类型的不同，常见的环氧玻璃钢有酚醛环氧玻璃钢，聚丁二烯环氧玻璃钢，三聚氰 酸环氧玻璃钢，双酚 A 型环氧玻璃钢等。
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2020/6/1
影响复合材料性能的因素：原材料、结构设计方法 及成型工艺。
(1) 增强材料的强度及弹性模量以及基体材料的强 度及化学稳定性等是决定GFRP性能的主要因素;
(2) 增强材料的含量及其排布方式与方向次之; (3) 增强纤维与基体树脂的界面粘结状况
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(2) 压缩特性 在应力很小、纤维未压弯的时候，压缩弹性模量与拉伸弹
性模量接近。玻璃布增强FRP的压缩弹性模量大体是单向FRP 的0.50~0.55倍；纤维毡增强FRP的大致是单向FRP的0.4倍。
明显的方向依赖性，应尽量在最大外力方向上排布增强 纤维，以求充分发挥材料的潜力，降低材料消耗。
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（3）弹性模量和层间剪切强度低 弹性模量低，刚度不足。准各向同性板，其弹性模量与 木材接近。 （4）性能分散性大
FRP的性能受一系列因素的影响，性能不稳定。
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2. 静态特性 基本静态特性包括拉伸、压缩和弯曲强度及弹性模量。 (1) 拉伸特性
90º
弯曲模量 7.7
13.7 14.7
11.8
13.7
(GPa)
7.7
8.5
9.6
8.6
8.7
2020/6/1
7.7 192
13.4 15.7
156
166
11.3 185
13.1 212
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层
璃璃璃 玻 布 毡 布璃 璃
二 四 二璃
纤维含量(%)
密度(g/cm3)
拉伸强度 (MPa)
拉伸模量 (GPa)
弯曲强度 (MPa)
弯20曲20/6模/1 量 (GPa)
0~0.07
0.84
10.5~28.0
23 51 46 38 50
41
1.52 1.64 1.63
1.50
1.67
1.53
81 231 168
130 169
136
6.4 14.4 13.6
对于单向增强FRP，沿纤维方向的拉伸强度及弹性模量均 随纤维体积含量Vf的增大而正比例增加。对于采用短切纤维毡 和玻璃布增强的FRP层合板来说，其拉伸强度及弹性模量虽不 与Vf成正比增加，但仍随Vf增加而增加 。
双向FRP其纤维方向的主弹性模量大约是单向FRP的 0.50~0.55倍；随机纤维增强FRP近似于各向同性，其弹性模量 大约是单向FRP的0.35~0.40倍。
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分类：
树脂基复合材料
基体材料
无机非金属基复合材料
金属基复合材料陶瓷基复合材料、石膏基 复合材料、水泥基复合材 料、氯氧镁基复合材料、 碳基复合材料
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增强纤维的类型
碳纤维复合材料
玻璃纤维复合材料 有机纤维复合材料
硼纤维复合材料 混杂纤维复合材料
增强物的外形
连续纤维增强复合材料
6.7
27.7
8.5
143 190 217
190
247
204
5.7 12.7 8.7 13.8
9.0
17.5~70.0 35.0~120.0
48
50
1.61
1.63
150
156
8.6
9.0
218
227
9.7
10.0
1、机械性能的特点 （1）比强度高
FRP密度为1.4～2.2g/cm3，约为钢1/4~1/5，而强度与 一般的碳素钢相近。因此FRP的比强度很高。 （2）各向异性
层 层 层布 毡
布
二四
二
层层
层
板厚
6
(mm)
3
2.5
7.5
4.0
角度 0º 45º 90º 0º45º 0º 45º 90º0º 45º 90º 0º45º90º
90º
剪切强度 97
(MPa)
96
95 2020/6/1
107
124
113
136
108
128
99
119
98
129
99
118
增强材料及成型方法和强度的关系
成型方法 性能
增强材料
手糊成型 玻璃毡 (600g/m2) 无捻粗纱布 (900g/m2) 玻璃布 (340g/m2)
真空袋成型 玻璃毡
(600g/m2) 玻璃布
(340g/m2)
加压袋成型 玻璃毡
(600g/m2)
热压釜成型 玻璃毡
(600g/m2)
模压成型 玻璃毡 (600g/m2)
成型压力 (MPa)
结构复合材料
工程应用的角度
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结构复合材料
以其力学性能如强 度、刚度、形变等 特性为工程所应用
功能复合材料
以其声、光、电、热、磁等物理 特性为工程所应用，诸如压电材 料、阻尼材料、自控发热材料、 吸波屏蔽材料、磁性材料、生物 相容性材料、磁性分离材料。
作用：主要用作承力和次承力结构。 要求：质量轻、强度和刚度高，且能耐一定的温度。 组成：由增强体和基体复合而成，前者是复合材料中承受 载荷的主要组元，后者则使增强体彼此粘接形成整体，并 起传递应力和增韧的作用。
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E-42环氧FRP不同方向的拉伸性能
性能
0º 15º
比例极限 178 84
拉伸强度 (MPa)
破坏强度
269
210
离散系数 12.6 7.9
弹性模量 E1×10-4 (MPa) E2×10-4
延伸率 ε(%)
1.67 1.43 1.6
1.33 0.63 2.5
30º 50 173 17.3 1.11 0.16 4.8
方向 45º 60º 75º 45 50 80 158 163 194 11.3 12.8 8.3 1.0 1.00 1.25 0.13 0.16 0.50 4.8 4.8 2.6
90º 160 263 11.9 1.52 1.22 1.9
注：原材料：无碱100平纹布9层，E-42环氧树脂。 试验温度：15℃~22 ℃ ；144根试件。
90º
拉伸强度 86
2(0M20/6P/1 a)
84
171
207
109
77
109 85
208 93
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层
璃璃璃 玻 布 毡 布璃 璃
二 四 二璃
层 层 层布 毡
布
二四
二
层层
层
板厚
6
(mm)
3
2.5
7.5
4.0
角度 0º 45º 90º 0º45º 0º 45º 90º0º 45º 90º 0º45º90º
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玻璃纤维的构成与FRP的机械性能
构成 性能
玻璃纤维毡 玻璃布 无捻粗纱布 玻 玻 玻 玻 玻
四层
八层
三层 璃 璃 璃 玻
布 毡 布璃 璃
二 四 二璃
层 层 层布 毡
布
二四
二
层层
层
板厚
6
(mm)
3
ห้องสมุดไป่ตู้2.5
7.5
4.0
角度 0º 45º 90º 0º45º 0º 45º 90º0º 45º 90º 0º45º90º