结构复合材料共58页
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复合材料ppt
疲劳性能与寿命预测
疲劳性能
复合材料的疲劳性能是指它们在周期性载荷下的抗断裂能力 。通过优化材料组合和结构设计，可以显著提高复合材料的 疲劳性能。例如，使用高强度纤维和优化基体树脂可以显著 提高复合材料的疲劳性能。
寿命预测
通过实验测试和分析，可以预测复合材料的使用寿命。这些 测试包括疲劳测试、环境因素测试和物理测试等。通过这些 测试和分析，可以评估复合材料在不同条件下的使用寿命， 并提供设计建议以延长其使用寿命。
复合材料ppt
2023-10-30
目录
• 复合材料概述 • 复合材料的力学性能 • 复合材料的热学性能 • 复合材料的应用领域 • 复合材料的未来发展趋势 • 复合材料的相关研究与文献综述
01
复合材料概述
定义与分类
复合材料定义
由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学的方法组合成的新型材料 。
复合材料分类
根据组合成分的性质和比例，复合材料可分为金属基复合材料、非金属基复 合材料和纳米复合材料等。
复合材料的性能特点
性能可设计性
可以根据使用要求设计复合材料的性能，如强度、刚度、耐腐 蚀性等。
性能优势
可以发挥不同材料的优点，实现单一材料无法达到的性能。
性能可调整性
可以通过调整各组分材料的比例和制备工艺来调整复合材料的 性能。
连接器
复合材料也被用于制造连接器，如USB连接器等。
电池外壳
复合材料还可以用于制造电池的外壳，如锂离子电池的外壳等。
05
复合材料的未来发展趋势
高性能复合材料的研发
01
研发具有更高强度、韧性和耐 高温性能的高性能复合材料， 以满足现代工程和工业制造的 需求。
02
《复合材料》PPT课件
界面作用
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节内应力的作 用。
界面优化
通过改变界面形态、引入界面相容剂或采用表面处理技术等方法，可 改善界面性能，提高复合材料的综合性能。
03
复合材料的制备工艺
原材料选择与预处理
增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
医疗器械
复合材料可用于制造医疗器械如手术器械、牙科 设备和医疗床等，具有轻质便携、X光透过性好 和耐消毒等优点。
能源领域
复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能板 支架和石油管道等，具有耐候性强、抗腐蚀和轻 质高强等优点。
06
复合材料的未来发展趋势
新型复合材料研究进展
碳纳米管增强复合材料
具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、汽车 、电子等领域。
航天器结构
复合材料用于制造卫星、火箭和导弹等航天器的结构件，如碳纤维/环 氧树脂复合材料在卫星结构中的应用。
03
发动机部件
复合材料可用于制造航空发动机的叶片、机匣和涡轮等部件，提高发动
机的推力和效率，如陶瓷基复合材料在发动机热端部件中的应用。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度 。
桥梁和道路
复合材料可用于制造桥梁结构、道路护栏和标志牌等，具有耐久性强、维护成本低等优点 。
其他领域应用
1如网球拍、高尔 夫球杆和自行车车架等，具有轻质高强和良好的 力学性能。
界面在复合材料中起到传递载荷、阻止裂纹扩展和调节内应力的作 用。
界面优化
通过改变界面形态、引入界面相容剂或采用表面处理技术等方法，可 改善界面性能，提高复合材料的综合性能。
03
复合材料的制备工艺
原材料选择与预处理
增强材料选择
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比强度、高比模量等 优点。
医疗器械
复合材料可用于制造医疗器械如手术器械、牙科 设备和医疗床等，具有轻质便携、X光透过性好 和耐消毒等优点。
能源领域
复合材料可用于制造风力发电机叶片、太阳能板 支架和石油管道等，具有耐候性强、抗腐蚀和轻 质高强等优点。
06
复合材料的未来发展趋势
新型复合材料研究进展
碳纳米管增强复合材料
具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于航空航天、汽车 、电子等领域。
航天器结构
复合材料用于制造卫星、火箭和导弹等航天器的结构件，如碳纤维/环 氧树脂复合材料在卫星结构中的应用。
03
发动机部件
复合材料可用于制造航空发动机的叶片、机匣和涡轮等部件，提高发动
机的推力和效率，如陶瓷基复合材料在发动机热端部件中的应用。
汽车工业应用
车身结构
复合材料用于制造汽车车身、车门、车顶等结构件，具有 减重、提高刚度和耐撞性等优点，如碳纤维复合材料在高 端跑车和电动汽车中的应用。
外墙材料
复合材料可用于制造建筑外墙板、保温材料和装饰材料等，提高建筑的保温性能和美观度 。
桥梁和道路
复合材料可用于制造桥梁结构、道路护栏和标志牌等，具有耐久性强、维护成本低等优点 。
其他领域应用
1如网球拍、高尔 夫球杆和自行车车架等，具有轻质高强和良好的 力学性能。
第九章--复合材料的结构设计 ppt课件
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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
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pdfPPT课件
复合材料的热膨胀系数通常低于单一材料，使其在温度变化时能保 持较好的尺寸稳定性。
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
04
复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。
良好的热导性
某些复合材料具有良好的热导性，适用于需要散热或传热的场合。
耐高温性能
通过选择合适的基体和增强材料，复合材料可以在高温环境下保持 较好的力学性能。
电学性能
绝缘性能
大多数复合材料具有良好的绝缘性能，适用于电气 和电子设备中。
后处理与加工
固化处理
对成型的复合材料进行加热或自然固化，使其达到所需的物理和化 学性能。
机械加工
对固化后的复合材料进行切割、钻孔、打磨等机械加工，以满足产 品形状和尺寸的要求。
表面处理
对复合材料表面进行喷漆、电镀、阳极氧化等处理，以提高其耐腐蚀 性、装饰性等性能。
04
复合材料的性能特点
力学性能
成型工艺
手糊成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层纤 维布或毡，再涂刷一层树脂，如此反复
直至达到所需厚度。
模压成型
将预浸料或纤维与树脂混合物放入模 具中，在加热和加压的条件下固化成
型。
喷射成型
将树脂和固化剂分别通过喷嘴喷到模 具上，同时用喷枪将纤维切断并喷到 树脂中，形成复合材料层。
注射成型
将树脂和固化剂混合后注入到装有纤 维的模具中，然后在一定温度和压力 下固化成型。
复合材料的组成与结构
基体材料
聚合物基体
如环氧树脂、聚酰亚胺等，具有良好的可加工性和韧 性。
金属基体
如铝、镁、钛等合金，具有高比强度和优异的导电导 热性能。
陶瓷基体
如氧化铝、氮化硅等，具有高温稳定性和耐磨损性。
增强材料
纤维增强材料
如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等，具有高比 强度和模量。
复合材料概述PPT课件
因此，基体开裂并不导致突然失效，材料的最终失效应变 大于基体的失效应变。
.
2、高温力学性能 室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模
量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然 后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升 高从室温的137GPa降到850℃的80 GPa。这一变化显然与 材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。
其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或 增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此 也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相 对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
1、室温力学性能
对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的 失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起 的开裂。 材料的拉伸失效有两种：
第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基 体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。
第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维 扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾 部脱粘。
.
复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：
(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能， 具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料， 既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性 材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。 (3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可 避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料 已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件 、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制 造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意 的使用效果。
.
2、高温力学性能 室温下，复合材料的抗弯强度比基体材料高约10倍，弹性模
量提高约2倍。复合材料的抗弯强度至700℃保持不变，然 后强度随温度升高而急剧增加；但弹性模量却随着温度升 高从室温的137GPa降到850℃的80 GPa。这一变化显然与 材料中残余玻璃相随温度升高的变化相关。
其中一个组分是细丝（连续的或短切的）、薄片或颗粒 状，具有较高的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受 外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。增强相或 增强体在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此 也称作分散相；复合材料中的另一个组分是包围增强相并相 对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
1、室温力学性能
对陶瓷基复合材料来说，陶瓷基体的失效应变低于纤维的 失效应变，因此最初的失效往往是基体中晶体缺陷引起 的开裂。 材料的拉伸失效有两种：
第一：突然失效。如纤维强度较低，界面结合强度高，基 体较裂纹穿过纤维扩展，导致突然失效。
第二：如果纤维较强，界面结合较弱，基体裂纹沿着纤维 扩展。纤维失效前纤维/基体界面在基体的裂纹尖端和尾 部脱粘。
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复合材料是由多相材料复合而成，共同特点主要有三个：
(１)综合发挥各种组成材料的优点，使一种材料具有多种性能， 具有天然材料所没有的性能。例如，玻璃纤维增强环氧基复合材料， 既具有类似钢材的强度，又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。
(2)可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。如，针对方向性 材料强度的设计，针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。 (3)可制成所需的任意形状的产品，可避免多次加工工序。例如，可 避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨 制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料 已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件 、能源构件等。法国已将长纤维增强碳化硅复合材料应用于制 造高速列车的制动件，显示出优异的摩擦磨损特性，取得满意 的使用效果。
复合材料ppt
建筑领域
建筑领域需要使用大量的结构材料，如钢筋混凝土 、木材等，复合材料可以替代这些传统材料。
复合材料可以用于制造建筑物的结构框架、墙体、 屋顶等部件，提高建筑物的强度和耐久性。
复合材料还可以用于制造桥梁、高速公路等大型 基础设施项目。
其他应用领域
除了上述领域，复合材料还可以应用于其他许多 领域。
汽车制造领域
1
汽车制造是复合材料的重要应用领域之一。
2
复合材料可以用于制造汽车的外壳、车轮、座 椅、内饰等部件。
3
ห้องสมุดไป่ตู้
复合材料的应用可以降低汽车的质量和成本， 提高汽车的燃油效率和安全性。
航空航天领域
01
航空航天领域对材料的要求极高，因此复合材料在航空航天领 域的应用也十分广泛。
02
复合材料可以用于制造机翼、机身、起落架等重要部件，提高
生产成本的挑战
复合材料的制备需要使用大量的原材料和能源，生产成本较高，而且生产过程中易产生环 境污染，因此需要采取有效的成本控制和环保措施。
应用领域的挑战
复合材料在不同的应用领域中具有不同的性能要求，需要根据具体的应用场景来设计材料 的组成和结构，这需要投入大量的研发和试验工作。
复合材料面临的机遇
复合材料的性能与特点
复合材料的性能
复合材料的性能取决于其组成和结构，具有优于单一材料的力学性能、热学性能 、化学稳定性等。
复合材料的特点
复合材料具有可设计性、可制备性、高强度和刚度、耐腐蚀和高温等特性，可满 足不同的应用需求。
02
复合材料的制造工艺
复合材料的制造工艺类型
热压罐成型工艺
使用热压罐将预浸料在高温高压下 固化成型的工艺。
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.PPT
钨合金穿甲弹芯
强韧化方法： 强韧化方法： 加入稀土元素等， ●成分优化 加入稀土元素等，达到细 化晶粒， 化晶粒，提高力学性能 ●对钨粉进行化学气相沉积，镀覆一层 对钨粉进行化学气相沉积， 均匀的金属镀层，使烧结时间缩短， 均匀的金属镀层，使烧结时间缩短，提 高强度， 高强度，改善韧性 ●研制变性能或变密度或两者兼顾的新 型钨合金弹芯，以适应侵彻多层装甲。 型钨合金弹芯，以适应侵彻多层装甲。
铀合金穿甲弹芯
●射击试验： 射击试验： GAU-8航炮铀合金穿甲弹在 航炮铀合金穿甲弹在800m外从 航炮铀合金穿甲弹在 外从 空中攻击22辆苏制 辆苏制T62坦克后上部，结 坦克后上部， 空中攻击 辆苏制 坦克后上部 果击毁8辆 重创7辆 果击毁 辆，重创 辆，有6辆需现场修 辆需现场修 理才可使用， 辆脱靶 辆脱靶。 理才可使用，1辆脱靶。
●1994年，瑞典国防研究院研究铝基复合 年 材料用作装甲的可行性，结果如下： 材料用作装甲的可行性，结果如下： 试验材料： 铝合金； 试验材料：6061和2014铝合金； 和 铝合金 增强体：氧化铝颗粒、碳化硅颗粒； 增强体：氧化铝颗粒、碳化硅颗粒； 试验结论： 试验结论：当6061-T6中强度铝合金 中强度铝合金 防护系数为1时 防护系数为 时，用15%（体积）氧化铝增 （体积） 强的铝基复合材料防护系数达1.23；用 强的铝基复合材料防护系数达 ； 30%（体积）碳化硅增强的铝基复合材料 （体积） 防护系数达1.68. 防护系数达
9.4.8 防弹陶瓷
陶瓷材料以其低密度、高硬度、 陶瓷材料以其低密度、高硬度、高模量 低密度 等特点， 等特点，在高速冲击下所表现出来的良好动 态性能， 态性能，在提高装甲防护能力方面发挥着越 来越重要的作用， 来越重要的作用，世界上许多国家都把抗弹 陶瓷作为一项尖端技术，加以广泛重视。 陶瓷作为一项尖端技术，加以广泛重视。
复合材料ppt
电子元器件
复合材料也用于制造电子元器件，如电路板、连接器等，具有高精度、高可 靠性、耐高温等特性，可以提高元器件性能并降低生产成本。
03
复合材料的力学性能
复合材料的强度与硬度
强度
复合材料的强度主要取决于其组成材料的强度以及它们的层间结合强度。通常， 复合材料的强度比其组成材料的强度要高。
硬度
复合材料的硬度通常取决于其组成材料的硬度以及它们的层间结合强度。高硬度 可以提供更好的耐磨性。
的力学行为和结构的响应。
02
CAD软件
使用CAD软件进行复合材料的建模和几何形状设计，结合有限元分析
软件进行结构分析和优化。
03
材料数据库
利用材料数据库查询复合材料的性能参数，为结构设计提供数据支持
。
结构优化与轻量化设计
结构优化设计
通过结构优化设计，调整结构形状、尺寸和材料分布等参数， 以实现复合材料的最优性能。
案例二：汽车制造领域的复合材料应用
详细描述
2. 车架制造：采用铝合金、高强 度钢等材料的复合车架，具有更 高的承载能力和耐腐蚀性能。
总结词：汽车制造领域中，复合 材料被广泛应用于车身、车架、 车内装饰等方面，具有轻质、高 强度、耐腐蚀等优点。
1. 车身制造：采用碳纤维复合材 料的汽车车身具有更高的强度和 刚度，能够提高汽车的被动安全 性能。
循环经济
社会责任
推行循环经济模式，实现复合材料的循环利 用和再利用。
强化企业的社会责任意识，关注员工健康和 安全，推动可持续发展。
06
复合材料案例分析
案例一：航空航天领域的复合材料应用
01
02
总结词：航空航天领域 是复合材料应用的重要 领域之一，具有轻质、 高强度、耐腐蚀等优点 。
复合材料也用于制造电子元器件，如电路板、连接器等，具有高精度、高可 靠性、耐高温等特性，可以提高元器件性能并降低生产成本。
03
复合材料的力学性能
复合材料的强度与硬度
强度
复合材料的强度主要取决于其组成材料的强度以及它们的层间结合强度。通常， 复合材料的强度比其组成材料的强度要高。
硬度
复合材料的硬度通常取决于其组成材料的硬度以及它们的层间结合强度。高硬度 可以提供更好的耐磨性。
的力学行为和结构的响应。
02
CAD软件
使用CAD软件进行复合材料的建模和几何形状设计，结合有限元分析
软件进行结构分析和优化。
03
材料数据库
利用材料数据库查询复合材料的性能参数，为结构设计提供数据支持
。
结构优化与轻量化设计
结构优化设计
通过结构优化设计，调整结构形状、尺寸和材料分布等参数， 以实现复合材料的最优性能。
案例二：汽车制造领域的复合材料应用
详细描述
2. 车架制造：采用铝合金、高强 度钢等材料的复合车架，具有更 高的承载能力和耐腐蚀性能。
总结词：汽车制造领域中，复合 材料被广泛应用于车身、车架、 车内装饰等方面，具有轻质、高 强度、耐腐蚀等优点。
1. 车身制造：采用碳纤维复合材 料的汽车车身具有更高的强度和 刚度，能够提高汽车的被动安全 性能。
循环经济
社会责任
推行循环经济模式，实现复合材料的循环利 用和再利用。
强化企业的社会责任意识，关注员工健康和 安全，推动可持续发展。
06
复合材料案例分析
案例一：航空航天领域的复合材料应用
01
02
总结词：航空航天领域 是复合材料应用的重要 领域之一，具有轻质、 高强度、耐腐蚀等优点 。
《复合材料结构设计》PPT课件
10
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
（2）常用的工艺成形方法 ◆缠绕成形法（工艺示图如下图）
11
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
（2）常用的工艺成形方法 ◆树脂转移模塑成形法（RTM）（工艺示图如下图）
12
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
38
§4.4 夹层结构设计
4.4.2 夹层结构及其选材
（1）面板
◆铝合金 ◆碳纤维复合材料 ◆凯芙拉（Kevlar）纤维复合材料 ◆玻璃布复合材料，如高弹玻璃布/环氧复合材料等
行结构设计。
★ 设计选材和层合板设计包括组分材料的选用、铺层性能的确
定以及层合板设计；结构设计则包含结构形式的确定、结构
元件设计、结构细节设计和连接设计等内容。
17
§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.1 复合材料结构设计的选材
（1）选材的原则
★ 根据结构最高工作温度及其采用的工艺方法选择树脂基体体 系，根据性能要求和成本指标选择增强纤维。 ★ 重点考虑反映缺陷/损伤和环境因素影响的性能。 ★ 重点考虑与固化成形工艺有关的参数。
19
§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.1 复合材料结构设计的选材
（2）树脂性能及其选择
★ 树脂基体是复合材料的另一组分材料，它对纤维起着支撑、 保护并传递载荷的作用。
★ 树脂的选择应满足结构的使用温度范围和基体的力学性能要 求，树脂的吸湿、耐环境、阻燃性等物理、化学性能符合结 构的使用要求，所选树脂还应满足工艺性能良好，毒性低， 价格合理等原则。
22
§4.3 层合板与层合件设计
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
（2）常用的工艺成形方法 ◆缠绕成形法（工艺示图如下图）
11
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
（2）常用的工艺成形方法 ◆树脂转移模塑成形法（RTM）（工艺示图如下图）
12
§4.1 概 述
4.1.3 复合材料结构的制造与成形工艺
38
§4.4 夹层结构设计
4.4.2 夹层结构及其选材
（1）面板
◆铝合金 ◆碳纤维复合材料 ◆凯芙拉（Kevlar）纤维复合材料 ◆玻璃布复合材料，如高弹玻璃布/环氧复合材料等
行结构设计。
★ 设计选材和层合板设计包括组分材料的选用、铺层性能的确
定以及层合板设计；结构设计则包含结构形式的确定、结构
元件设计、结构细节设计和连接设计等内容。
17
§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.1 复合材料结构设计的选材
（1）选材的原则
★ 根据结构最高工作温度及其采用的工艺方法选择树脂基体体 系，根据性能要求和成本指标选择增强纤维。 ★ 重点考虑反映缺陷/损伤和环境因素影响的性能。 ★ 重点考虑与固化成形工艺有关的参数。
19
§4.2 设计选材与设计许用值确定
4.2.1 复合材料结构设计的选材
（2）树脂性能及其选择
★ 树脂基体是复合材料的另一组分材料，它对纤维起着支撑、 保护并传递载荷的作用。
★ 树脂的选择应满足结构的使用温度范围和基体的力学性能要 求，树脂的吸湿、耐环境、阻燃性等物理、化学性能符合结 构的使用要求，所选树脂还应满足工艺性能良好，毒性低， 价格合理等原则。
22
§4.3 层合板与层合件设计
复合材料力学讲义
加捻的纤维束增强了基体
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
第2页/共132页
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.
第7页/共132页
引 言
第15页/共132页
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
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
第2页/共132页
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.
第7页/共132页
引 言
第15页/共132页
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
铺层优化设计
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。
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。
复合材料 课件
02
手糊成型是一种手工操作工艺，将增 强材料浸渍在树脂中，然后将其铺放 在模具上，通过刮刀或刷子去除多余 的树脂，最后进行固化。该工艺简单 易行，适用于小批量生产，但生产效 率较低。
03
喷射成型是一种半机械化或全自动化 工艺，将树脂和增强材料通过混合器 混合后，通过喷嘴喷涂在模具或制品 表面，形成一定厚度的层，然后进行 固化。该工艺生产效率高，适用于大 型制品的生产。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料通常具有较好的耐腐蚀性，能够抵抗酸、碱、盐等化学 物质的侵蚀。
环境适应性
某些复合材料能够适应极端环境，如高湿度、紫外线暴露等。
阻燃性
一些复合材料具有阻燃性，能够有效地阻止火焰的蔓延。
03
复合材料的制备工艺
聚合物基复合材料的制备工艺
01
聚合物基复合材料是由聚合物基体和 增强材料组成的复合材料。其制备工 艺主要包括手糊成型、喷射成型、模 压成型和树脂传递模塑等。这些工艺 通常需要使用树脂、填料、增强材料 和其他添加剂，通过混合、涂布、浸 渍和固化等步骤来制备聚合物基复合 材料。
聚合物基复合材料的制备工艺
模压成型是一种半自动或全自动的工艺，将预浸料或干纤维 增强材料放在模具中，加热加压固化后得到制品。该工艺生 产效率高，制品尺寸精度高，适用于中小型制品的生产。
树脂传递模塑是一种全自动化或半自动化的工艺，将预浸料 或干纤维增强材料放在模具中，通过注射器将树脂注入模具 中，浸渍纤维后进行固化。该工艺生产效率高，适用于大型 制品的生产。
建筑领域
桥梁和高层建筑
复合材料用于制造桥梁和高层建筑的 承重结构，以减轻重量并提高结构的 稳定性。
建筑材料
复合材料用于制造建筑材料，如钢筋 混凝土的替代品，以提高建筑物的耐 久性和性能。
复合材料的结构与组成
复合材料的组成与结构(composition and structure of composites)复合材料定义及分类(definition and classification of composites)1. 定义(1)种类不同，性质差异很大的几种材料及其界面相（层）所组成（组成上）(2)多相固体材料（结构）(3)经设计复合而成（制备上）(4)通过复合效应获得原组份材料所不具备的性能，或产生性能协同作用，与简单混合有本质的区别（性能上）简言之：复合材料由连续基体相(matrix phase)和分散增强相(disperse phase)及界面相(interface phase)所构成2. 分类：(1)按来源：天然、人工复合材料等(2)按基体：树脂基、金属基、无机非金属基复合材料等(3)按增强体形态：颗粒增强(particle-reinforced)短纤或晶须增强(chopped fiber or whiskers reinforced)连续长纤增强(continuous fiber-reinforced)多维编织布增强(braided fabric or filament winding-reinforced)三维编织体增强等(4)按应用：结构、功能、智能复合材料等(5)按增强材料品种：玻纤、碳纤、有机纤维复合材料等(6)按特定含义：通用、先进、现代、近代、混杂、纳米、原位、分子、宏观复合材料等复合材料的组成与特性1.概述聚合物基复合材料(polyme-matrix composites,PMC)金属基复合材料(metal-matrix composites,MMC)陶瓷基复合材料(碳/碳复合材料(carbon-carbon composites,CMC)无机胶凝基复合材料(fiber reinforced concrete,FRC)共同构成现代复合材料（体系）（1）组成(composition)①基体(matrix)②增强材料(reinforcement)（都是一个庞大的材料体系、品种繁多，结构与性能呈多样化，复合体系的系统组合、排列给复合材料的巨大的发展空间，原则上，基体与增强体结构与性能差异越大，愈具复合价值，但更为重要的是基体与增强体之间的匹配。
复合材料结构与修理PPT课件
▪ 波音认为复合材料除减重外，还可提供更好的耐 久性，降低使用维护要求，增加未来发展的潜力 和空间。
▪ 主要用材体系为T800/韧性环氧，已在B777完成 验证和使用。
▪ 所上的新技术还包括： ▪ TiGr层板，即碳纤维增强钛板，一种新的超混杂
复合材料，其由Ti箔加上IM6/PEEK相间制成，具 有优异的抗疲劳性能。 ▪ 结构健康监控技术，以光纤系统为传感器，连续 探测损伤，监视结构完整性，预报早期的结构维 护、修理的要求。
53
图3-11 腐蚀控制 54
先进复合材料在飞机上的应用
近30多年欧美民用飞机上复 合材料占整机结构重量的百 分比（不包括支线飞机）
55
国内飞机上的复合材料应用情况
56
国外民用飞机上的复合材料应用情况
57
图3－12先进复合材料在波音737－300上的应用
58
图3－13先进复合材料在波音757上的应用
3
第一章 复合材料的简介
复合材料的定义 材料的形式 纤维增强材料 织物 基体和环氧树脂体系 粘接剂 蜂窝及蜂窝夹芯结构
4
定义
由两种或两种以上的材料组合而成的材 料称之为复合材料。复合材料的范围包括 玻璃纤维增强复合材料、碳纤维/环氧树脂 复合材料、碳/碳复合材料、金属基、陶瓷 基复合材料。
二. 对称 对称是复合材料层合板即为在中轴两边有相同数目的铺 层，且距离中轴相同之处的铺层的方向相同。 例如：（ +45°,0°,0°,90°，－45°/－45°,90°，0°,0°， +45°）是对称层合板。
46
图3-7 铺层方向符号
47
图3-8 拉伸与压缩问题及解决方法 48
夹层结构有以下典型特点：