复合材料力学设计作业1

1、为什么结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维？

2、简述树脂基复合材料的优点和缺点？

3、为什么新一代客机中复合材料用量会大幅提高？其复合材料零部件主要用到复合材料的哪些优点？

4、为什么卫星中采用了较多的复合材料？

答：1、利用复合材料的各种良好的力学性能用于制造结构的材料，称为结构复合材料，

它主要有基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料承受主要载荷，提供复合

材料的刚度和强度，基本控制其力学性能；基体材料固定和保护增强纤维，传递纤维

间剪力和防止纤维屈曲，并改善复合材料的某些性能。用以加强制品力学性能或其他

性能的材料，在橡胶工业中又称补强剂。分纤维状和粒状材料两种。增强材料的增强

效应取决于与被增强材料的相容性，为增进相容能力，有些增强材料在使用前需要进

行表面处理。对粒状增强材料，尚需考虑其表面积（决定于粒径、形状和孔隙度）。

据报道，平均粒径在0.2μm以下的增强材料，随粒径的减小，制品的模量、抗张强度、

屈服强度和伸长率均有所增加。平均粒径较大的增强材料，由于粒径分布的不同其结

果不一致。所以，结构力学复合材料力学性能难以控制。增强材料就象树木中的纤维，

混凝土中的钢筋一样，是复合材料的重要组成部分，并起到非常重要的作用。例如在

纤维增强复合材料中，纤维是承受载荷的组元，纤维的力学性能决定了复合材料的性

能。所以说结构复合材料中增强材料的形态主要为纤维。

2、树脂基复合材料的优点：1）比强度高、比模量大2）耐疲劳性能好3）阻尼减震性

能好4）破损安全性好5）耐化学腐蚀性好6）树脂基复合材料是一种优良的电气绝缘

材料，电性能好7）树脂基复合材料热导率低、线膨胀系数小，优良的绝热材料，热

性能良好。树脂基复合材料的缺点：1)树脂基复合材料的耐热性较低2）材料的性能

分散性大。

3、用复合材料设计的飞机结构，可以推进隐身和智能结构设计的发展，有效地减少了

机体结构重量，提高了飞机运载能力，降低了发动机油耗，减少了污染排放，提高了

经济效益；复合材料优异的抗疲劳和耐介质腐蚀性能，提高了飞机结构的使用寿命和

安全性，减少了飞机的维修成本，从而提高了飞机结构的全寿命期（是指结构从论证

立项开始，有设计研制、生产研制、销售服务、使用运行、维护修理，一直到报废处

理的整个寿命期)经济性；复合材料结构有利于整个设计与整体制造技术的应用，可以

减少结构零部件的数量，提高结构的效率与可靠性，降低制造和运营成本，并可明显

改善飞机气动弹性特性，提高飞机性能。

4、正火箭导弹与航天器均要求结构重量轻,强度高。复合材料不仅兼备这两种优点,而

且还具有一些金属材料无法比拟的优良性能。卫星结构用复合材料具有重量轻、比刚

度、比强度高等特点。其碳纤维复合材料构件还具有弹性模量、热膨胀系数可设计等

特点，对卫星结构件的应用具有材料可设计的特色。