最新复合材料的冲击、损伤容限和吸能-12ppt课件
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复合材料力学性能ppt课件
低分子是瞬变过程
（10-9 ～ 10-10 秒）
各种运动单元的运动需要 克服内摩擦阻力，不可能
瞬时完成。
高分子是松弛过程
运动单元多重性：
键长、键角、侧基、支链、 链节、链段、分子链
需要时间
（ 10-1 ～ 10+4 秒）
.
8
Tg 粘流态
Tf
Td
Tf ～ Td
分解温 度
（1）分子运动机制：整链分子产生相对位移
应变硬化
E D A
D A
O A
B
y
图2.4 非晶态聚合物的应力. -应变曲线（玻璃态）
20
2.2 高分子材料的力学性能
.
21
2.2 高分子材料的力学性能
序号 类型
1
2
硬而脆 硬而强
3 强而韧
4 软而韧
5 软而弱
曲线
模量
高
高
高
低
低
拉伸强度
中
高
高
中
低
断裂伸长率 小
中
大
很大
中
断裂能
小
中
大
大
小
F
F
A0
一点弯曲
三点弯曲
均匀压缩 体积形变 压缩应变
F
扭转
F
.
17
2.2 高分子材料的力学性能
应力-应变曲线 Stress-strain curve
标准哑 铃型试
样
实验条件：一定拉伸速率和温度
.
电子万能材料试验机
18
2.2 高分子材料的力学性能
图2.3 高分子材料三种典型的应力-应变曲线
.
19
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。
化学课件《复合材料》优秀ppt5 鲁科版1
1）、玻璃钢
玻璃钢
基体：合成树脂 增强体：玻璃纤维
玻璃钢克服了玻璃易碎、密度较大，合成树脂强 度不够高的缺点，它具有强度高、密度小、韧性 好、耐腐、耐磨、耐撞、绝缘、产品美观、制造 方便等优良特性。可广泛用于制作小型娱乐设施、 管道、小舟、化工设施、小型建筑等
2）、碳纤维复合材料
碳纤维复 合材料
基体：合成树脂 增强体：碳纤维
2）机身隔热复合材料：
组成
基体：陶瓷
增强体：碳纤维、碳化硅纤维、氧 化铝纤维
性能：耐高温、韧性好
85.每一年，我都更加相信生命的浪费是在于：我们没有献出爱，我们没有使用力量，我们表现出自私的谨慎，不去冒险，避开痛苦，也失去了快乐。――[约翰·B·塔布] 86.微笑，昂首阔步，作深呼吸，嘴里哼着歌儿。倘使你不会唱歌，吹吹口哨或用鼻子哼一哼也可。如此一来，你想让自己烦恼都不可能。――[戴尔·卡内基]
97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。 爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。――[J·E·丁格] 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。――[英国哲学家培根] 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。――[马塞尔·普劳斯特] 100.这个世界总是充满美好的事物，然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。――[罗丹] 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。――[托尔斯泰] 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候――。[叔本华] 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。――[梭罗] 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。――[威廉·彭] 105.人类的悲剧，就是想延长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。――[戴尔·卡内基] 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。――[约翰·罗伯克] 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。――[撒母耳·厄尔曼] 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。――[卡雷贝·C·科尔顿] 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。――[戴尔·卡内基] 110.每天安静地坐十五分钟·倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。――[艾瑞克·佛洛姆] 111.你知道何谓沮丧---就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。－－[坎伯] 112.「伟大」这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。――[布鲁克斯] 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。――[罗根·皮沙尔·史密斯] 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。
复合材料PPT教学课件
原有材料的特点，又使各组分间 协同作用，形成了优于原材料的 特性。
4 复合材料的分类：
（1）按基体分类
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
（2）按增强体 的形状分类
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
二 形形色色的复合材料
1 生产､生活中常用的复合材料
常见的复合材料有玻璃钢和 碳纤维增强复合材料。
玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树 脂做基体的复合材料。
优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，
而密度只有钢铁的1/5左右；同时，这种材料保持着 较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能， 而且又不像普通玻璃那样硬脆。
玻璃钢制品
交流·研讨
你经常打羽毛球吗？现在羽毛球使用的大 多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金 球拍，人们还曾使用过木制球拍。
3．胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体， 延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血 糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基 酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基， 则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效 胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材 料有哪 些优越性？它为什么会具有这些 优越性？
• 碳纤维增强体 • 碳纤维复合材料
• 合成树脂做基体 优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。
• 碳纤维增强复合材料也广泛应用于纺织机 械和化工机械的制造，以及医学上人体组 织中韧带的制作等。
2 航空、航天领域中的复合材料
本节教材小结 复 合 材 料
认识复合材料
基体 增强体
形形色色的复合材料
4 复合材料的分类：
（1）按基体分类
树脂基复合材料 金属基复合材料 陶瓷基复合材料
（2）按增强体 的形状分类
颗粒增强复合材料 夹层增强复合材料 纤维增强复合材料
二 形形色色的复合材料
1 生产､生活中常用的复合材料
常见的复合材料有玻璃钢和 碳纤维增强复合材料。
玻璃钢是一种以玻璃纤维做增强体、合成树 脂做基体的复合材料。
优点：玻璃钢的强度可达到甚至超过合金的强度，
而密度只有钢铁的1/5左右；同时，这种材料保持着 较好的耐化学腐蚀性、电绝缘性和机械加工性能， 而且又不像普通玻璃那样硬脆。
玻璃钢制品
交流·研讨
你经常打羽毛球吗？现在羽毛球使用的大 多是碳素球拍，但几年前用的多是铝合金 球拍，人们还曾使用过木制球拍。
3．胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体， 延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血 糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基 酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基， 则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效 胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
请与同学们讨论：用于制造碳素球拍的材 料有哪 些优越性？它为什么会具有这些 优越性？
• 碳纤维增强体 • 碳纤维复合材料
• 合成树脂做基体 优点：具有韧性好，强度高而质轻的特点。
• 碳纤维增强复合材料也广泛应用于纺织机 械和化工机械的制造，以及医学上人体组 织中韧带的制作等。
2 航空、航天领域中的复合材料
本节教材小结 复 合 材 料
认识复合材料
基体 增强体
形形色色的复合材料
聚合物基复合材料的性能课件
兼容性
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
聚合物基复合材料与其它材料具有 良好的相容性，能够通过粘合、复 合等方式与其它材料结合使用。
环境老化性能
01
抗老化性能
聚合物基复合材料具有良好的抗 老化性能，能够在各种环境条件 下保持较长的使用寿命。
02
03
耐紫外线性能
温度稳定性
聚合物基复合材料能够抵抗紫外 线的照射，不易变色、龟裂或失 去性能。
反射与吸收光谱特性
反射光谱特性
聚合物基复合材料的反射光谱特 性与材料的折射率和表面反射率 有关，不同波长的光在材料表面 反射的情况不同。
吸收光谱特性
聚合物基复合材料的吸收光谱特 性与材料中存在的杂质、缺陷、 链段运动等因素有关，不同波长 的光被吸收的情况不同。物基复合材料在激光的作用下， 可以产生光热、光化学、光物理等效 应，对激光的吸收和传输特性产生影 响。
耐候性
聚合物基复合材料能够承受各种气候条件， 包括紫外线、潮湿、高温和低温等，保持材 料的性能和外观。
化学稳定性与反应性
稳定性
聚合物基复合材料具有稳定的化 学性质，不易与其它物质发生反
应，适用于各种化学环境。
反应性
某些聚合物基复合材料具有一定的 反应性，能够参与化学反应或与其 它物质进行改性，拓展了材料的应 用范围。
聚合物基复合材料的性能课件
目录 CONTENTS
• 聚合物基复合材料的概述 • 聚合物基复合材料的力学性能 • 聚合物基复合材料的热性能 • 聚合物基复合材料的电性能 • 聚合物基复合材料的光性能 • 聚合物基复合材料的化学性能
01
聚合物基复合材料的概述
定义与分类
定义
聚合物基复合材料是由两种或两种以上材料组成，其中聚合物材料作为基体， 通过物理或化学方法与增强材料（如纤维、颗粒等）复合而成的新型材料。
金属基复合材料的损伤和失效.ppt
第8章
可以说, 损伤是由整个金属基体来承担。因此复合 材料获得了非常好的塑性变形能力。但是却导致 了复合材料强化能力的过度降低。 3. 2 性质 界面的性质是决定材料性质的重要因素,界面强度 越高,界面脱粘发生得越晚,材料的最终强度越大; 若界面强度很大,脱粘不发生,材料的强度由基体 的性质决定。 界面的临界相对位移值越大,界面 的韧性越好,脱粘发生得越晚。
N 为硬化指数, EM 为杨氏模量,σ0 为初始屈服应 力。
第8章
2.3 脆性材料的失效准则 脆性材料的破坏准则采取最大主应力准则形式。如 果R1、R2和R3 分别用来表性材料的单向拉伸强度。
金属基复合材料的损伤与失效
3损伤结论 3. 1 结构 界面脱开是一个迅速过程, 会导致金属基复合材料 强化能力的显著降低。增强相端头处界面的脱开 会使附近基体中发生应力松驰, 从而减弱了此处 基体中孔洞的成核与长大速度, 而增强相侧壁处 界面的脱开则促进了增强相侧壁间基体内孔洞的 成核与发展。这是因为此处界面的脱开阻碍了荷 载的剪切滞后传递能力, 从而导致这个区域内基 体承担了过多的荷载。界面的脱开速度接近于基 体内孔洞的成核与长大的扩展速度。基体内孔洞 的发展和分布是比较均匀的, 在发生失效前一般 也是很稳定的。
金属基复合材料的损伤与失效
内聚力模型讨论的是界面上下表面的粘结力与相对 位移之间的关系
金属基复合材料的损伤与失效
这里Tn 和Tt 分别是界面法向和切向的粘结力,Δn 和Δt 是相应的法向和切向的相对位移, H 是单 位跃阶函数, K 是界面受压时的模量,由于界面 很薄,压缩量很小,故K 可以取一大数. 内聚力模 型引入了两组参数:σn 、σt 分别表示界面受 单纯拉、剪时的强度;δn 、δt 为界面受单纯 拉、剪时能维系界面的最大相对位移。
复合材料的力学性能ppt课件
外表改性剂对植物纤维/ 聚丙烯复 合资料力学性能的影响
采用不同的外表改性剂(苯甲酸、硬脂酸、 有机硅烷) 对植物纤维/ 聚丙烯复合体系进 展了处置,研讨了外表改性剂对体系力学性 能的影响规律,讨论了复合资料界面粘接机 理,分析了力学性能的变化规律。研讨结果 阐明,苯甲酸的参与可以使复合资料的拉伸 强度有较大提高,但冲击强度下降;经硬脂 酸处置的复合资料,其冲击强度有明显提高; 经有机硅烷处置的复合资料,拉伸强度及冲 击强度均有所提高。
由以下图可知,随着有机硅烷用量的加,复合资料的 拉伸强度会明显添加, 当有机烷含量达115 %时,拉 伸强度达最大值。以上结果阐明,硅烷偶联剂水溶 液的浸透性极强,可浸透植物纤维颗粒的一切间隙, 从而进一步浸润植物纤维颗粒的全部外表,使得偶 联剂与植物纤维外表坚持良好的接触;而有机硅烷 中的烷氧基团水解后构成硅醇,这样,硅醇就可以跟 植物纤维中的羟基作用,使纤维的吸水性减少,降低 了纤维的极性[3 ] 。
复合资料的特点
以天然植物纤维与热塑性树脂混合制备的复合资料 具有质量轻,加工性能好的特点,在许多领域有着广 泛的运用前景。植物纤维价廉易得,具有较大的强 度,刚度和耐热性。作为天然资料,植物纤维还可被 生物降解,植物纤维/ 热塑性树脂复合资料也因此具 备一定的环境相容性,是一条减轻目前“白色污染 〞的可行途径。因此,对植物纤维/ 聚丙烯复合资料 的研讨有着很重要的实际意义和适用价值。由于植 物纤维分子构造中含有大量的羟基,极性较强,与非 极性的聚丙烯混合时相互作用力很小,界面结合力 差,会影响复合资料的力学性能。故必需运用外表 改性剂对资料进展改性,以提高两种资料的界面结
苯甲酸含量对复合资料拉伸性能和冲击性能的影响
硬脂酸含量对复合资料力学性能的影响
以下图分别表示了在复合资料中参与了硬脂酸之 后,其拉伸性能和冲击性能的变化。从图 中可知, 复合资料的拉伸性能随硬脂酸含量的添加变化不
采用不同的外表改性剂(苯甲酸、硬脂酸、 有机硅烷) 对植物纤维/ 聚丙烯复合体系进 展了处置,研讨了外表改性剂对体系力学性 能的影响规律,讨论了复合资料界面粘接机 理,分析了力学性能的变化规律。研讨结果 阐明,苯甲酸的参与可以使复合资料的拉伸 强度有较大提高,但冲击强度下降;经硬脂 酸处置的复合资料,其冲击强度有明显提高; 经有机硅烷处置的复合资料,拉伸强度及冲 击强度均有所提高。
由以下图可知,随着有机硅烷用量的加,复合资料的 拉伸强度会明显添加, 当有机烷含量达115 %时,拉 伸强度达最大值。以上结果阐明,硅烷偶联剂水溶 液的浸透性极强,可浸透植物纤维颗粒的一切间隙, 从而进一步浸润植物纤维颗粒的全部外表,使得偶 联剂与植物纤维外表坚持良好的接触;而有机硅烷 中的烷氧基团水解后构成硅醇,这样,硅醇就可以跟 植物纤维中的羟基作用,使纤维的吸水性减少,降低 了纤维的极性[3 ] 。
复合资料的特点
以天然植物纤维与热塑性树脂混合制备的复合资料 具有质量轻,加工性能好的特点,在许多领域有着广 泛的运用前景。植物纤维价廉易得,具有较大的强 度,刚度和耐热性。作为天然资料,植物纤维还可被 生物降解,植物纤维/ 热塑性树脂复合资料也因此具 备一定的环境相容性,是一条减轻目前“白色污染 〞的可行途径。因此,对植物纤维/ 聚丙烯复合资料 的研讨有着很重要的实际意义和适用价值。由于植 物纤维分子构造中含有大量的羟基,极性较强,与非 极性的聚丙烯混合时相互作用力很小,界面结合力 差,会影响复合资料的力学性能。故必需运用外表 改性剂对资料进展改性,以提高两种资料的界面结
苯甲酸含量对复合资料拉伸性能和冲击性能的影响
硬脂酸含量对复合资料力学性能的影响
以下图分别表示了在复合资料中参与了硬脂酸之 后,其拉伸性能和冲击性能的变化。从图 中可知, 复合资料的拉伸性能随硬脂酸含量的添加变化不
复合材料力学ppt课件
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7
（3）复合材料结构力学 它借助现有均匀各向同性材料结构力学的分 析方法，对各种形状的结构元件如板、壳等 进行力学分析，其中有层合板和壳结构的弯 曲、屈曲与振动问题以及疲劳、断裂、损伤 、开孔强度等问题。
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8
4复合材料的优点和缺点
复合材料的优点
(1)比强度高。
(2)比模量高。
示对称，“±”号表示两层正负角交错。
40/5 90/0 0 0/0 0/90/0 405 还可表示为 405 /900 /0 0s ，s表示
铺层上下对称。
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5
3复合材料的力学分析方法 （1）细观力学 它以纤维和基体作为基本单元，把纤维和基 体分别看成是各向同性的均匀材料(有的纤维 属横观各向同性材料)，根据材料纤维的几何 形状和布置形式、纤维和基体的力学性能、 纤维和基体之间的相互作用(有时应考虑纤维 和基体之间界面的作用)等条件来分析复合材 料的宏观物理力学性能。
21
四 单层复合材料的宏观力学分析 1 平面应力下单层复合材料的应力一应变关系 可近似认为 3 0 ， ，这就定义 23 431 50 了平面 应力状态，对正交各向异性材料，平面应力状态下 应力应变关系为
(3.1)
其中，
S 11
1 E1
S 22
1 E2
S 66
1 G12
S12E121E212
主方向应变分量间关系为
反过来有
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26
（3）任意方向上的应力一应变关系 在正交各向异性材料巾，平面应力状态主方向有下 列应力应变关系式
(3.4)
现应用式(3.3)和式(3.4)可得出偏轴向应力-应变 关系：
现用 Q 表示 T1Q(T1) ，则在x-y坐标中应力应变关系 可表示为
复合材料的冲击、损伤容限和吸能-12
A 0 : 试样初始截面积 l 0 : 试样初始长度
损伤容限
损伤容限：是指材料在经受冲击后，具有的 残余强度或刚度。
实验方法：经受撞击或冲击后的试件进行再 压缩测量从而求得其是否具有足够的强度 或刚度。
在压缩载荷下金属铝泡沫
纤维增强复合材料层合结构 在冲击载荷下的层间开裂
开口泡沫铝材料的动态压缩试验可看出，该种材料具 有良好的吸能特征，可用于耐撞性材料。
复合材料的冲击、损伤容限和吸能
冲击实验的意义
• 冲击试验是用来衡量复合材料在经受高速 冲击状态下的韧件或对断裂的抵抗能力的 试验方法。
• 对于研究各向异性复合材料在经受冲击载 荷时的力学行为有一定的实际意义。
• 对于车辆、航天器等运动着结构来讲，除 了满足自身结构强度等要求外，要求必须 具有一定的“耐撞性”。
利用有限元软件，进行计算的过程
研究结果表面：在冲头上升前损伤面 积最大，并发现层合复合材料的损伤 面积与撞击能有很好的线性关系。
需要确定如下物理量；
• 冲击载荷输入历程和大小； • 结构载荷响应历程、大小和分布； • 结构位移响应历程、大小和分布； • 测量的应变率响应特点
Hopkinson Pressure Bar
飞机上的缓冲吸能部件（结构）
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各种缓冲结构的吸能比较
Hopkinson法冲击实验原理
如其核心部分是两段分离的弹性压杆: 输入和输出杆。
子弹以一定的速度撞击输入杆,在其中产生一入射脉冲 i ,
试样在该应力脉冲作用下被高速压缩变形,同时向输出杆传播
一透射波 t 和向输入杆返回一反射波 r 。
根据SHPB 实验 的一维假定和均 匀性假定,利用一 维应力波理论可 得试样的应变率εt (t) 、应变ε( t) 以 及应力σ( t) :
损伤容限
损伤容限：是指材料在经受冲击后，具有的 残余强度或刚度。
实验方法：经受撞击或冲击后的试件进行再 压缩测量从而求得其是否具有足够的强度 或刚度。
在压缩载荷下金属铝泡沫
纤维增强复合材料层合结构 在冲击载荷下的层间开裂
开口泡沫铝材料的动态压缩试验可看出，该种材料具 有良好的吸能特征，可用于耐撞性材料。
复合材料的冲击、损伤容限和吸能
冲击实验的意义
• 冲击试验是用来衡量复合材料在经受高速 冲击状态下的韧件或对断裂的抵抗能力的 试验方法。
• 对于研究各向异性复合材料在经受冲击载 荷时的力学行为有一定的实际意义。
• 对于车辆、航天器等运动着结构来讲，除 了满足自身结构强度等要求外，要求必须 具有一定的“耐撞性”。
利用有限元软件，进行计算的过程
研究结果表面：在冲头上升前损伤面 积最大，并发现层合复合材料的损伤 面积与撞击能有很好的线性关系。
需要确定如下物理量；
• 冲击载荷输入历程和大小； • 结构载荷响应历程、大小和分布； • 结构位移响应历程、大小和分布； • 测量的应变率响应特点
Hopkinson Pressure Bar
飞机上的缓冲吸能部件（结构）
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各种缓冲结构的吸能比较
Hopkinson法冲击实验原理
如其核心部分是两段分离的弹性压杆: 输入和输出杆。
子弹以一定的速度撞击输入杆,在其中产生一入射脉冲 i ,
试样在该应力脉冲作用下被高速压缩变形,同时向输出杆传播
一透射波 t 和向输入杆返回一反射波 r 。
根据SHPB 实验 的一维假定和均 匀性假定,利用一 维应力波理论可 得试样的应变率εt (t) 、应变ε( t) 以 及应力σ( t) :
复合材料力学性能
•12
3）影响复合材料冲击性能的因素
讨论了复合材料的能量吸收机理之后，就不难理解 材料性质对冲击性能的影响了，因为纤维性质不同、 基体韧性不同，界面强度不同会导致不同的破坏模式， 从而大大地影响复合材料的冲击性能。
提高复合材料冲击韧性的途径有：基体增韧、合适 的界面强度、采用混杂纤维复合材料。
•13
•27
ห้องสมุดไป่ตู้
•9
纤维脱胶和纤维拔出两种模式间的差别： 当基体裂纹不能横断纤维而扩展时，发生纤 维脱胶；纤维拔出是起始于纤维破坏的裂纹 没有能力扩展到韧性基体中去的结果。纤维 拔出通常伴随有基体的伸长变形，而这种变 形在纤维脱胶中是不存在的，
共同点：破坏都发生在纤维基体界面，都显 著地提高断裂能。
•10
5）分层裂纹
由于复合材料在长时静载荷作用下的持久强度低于短时静 强度以及存在明显的蠕变现象，设计复合材料构件时必须考虑。
•22
9.1.4环境条件对复合材料性能的影响
复合材料都是在一定的环境条件下使用的，因此了解 在各种环境条件下材料性能的变化是重要的。这些环境 条件如暴露于水，水蒸气或腐蚀性介质中，低温和高温 及进行长期物理和化学稳定性试验的各种条件等。一般 来讲，在这些不利的环境条件下，复合材料的性能要降 低。这是由于环境因素影响了纤维、基体材料和界面的 性能。
•4
纤维复合材料中裂纹尖模型
•5
分别讨论各种破坏机理。
1） 纤维破坏 纤维断裂发生在其应变达到断裂应变时。
由于脆性纤维具有低的断裂应变，只产生少量变形， 因而吸收能量低。
碳纤维复合材料的冲击性能低，玻璃钢和凯芙拉的冲击 性能好。
虽然纤维是使复合材料具有高强度的主要原因，但纤 维断裂仅占总能量吸收的很小比例。但应当记住，纤维 的存在非常显著地影响破坏模式，从而也影响了总冲击 能。
3）影响复合材料冲击性能的因素
讨论了复合材料的能量吸收机理之后，就不难理解 材料性质对冲击性能的影响了，因为纤维性质不同、 基体韧性不同，界面强度不同会导致不同的破坏模式， 从而大大地影响复合材料的冲击性能。
提高复合材料冲击韧性的途径有：基体增韧、合适 的界面强度、采用混杂纤维复合材料。
•13
•27
ห้องสมุดไป่ตู้
•9
纤维脱胶和纤维拔出两种模式间的差别： 当基体裂纹不能横断纤维而扩展时，发生纤 维脱胶；纤维拔出是起始于纤维破坏的裂纹 没有能力扩展到韧性基体中去的结果。纤维 拔出通常伴随有基体的伸长变形，而这种变 形在纤维脱胶中是不存在的，
共同点：破坏都发生在纤维基体界面，都显 著地提高断裂能。
•10
5）分层裂纹
由于复合材料在长时静载荷作用下的持久强度低于短时静 强度以及存在明显的蠕变现象，设计复合材料构件时必须考虑。
•22
9.1.4环境条件对复合材料性能的影响
复合材料都是在一定的环境条件下使用的，因此了解 在各种环境条件下材料性能的变化是重要的。这些环境 条件如暴露于水，水蒸气或腐蚀性介质中，低温和高温 及进行长期物理和化学稳定性试验的各种条件等。一般 来讲，在这些不利的环境条件下，复合材料的性能要降 低。这是由于环境因素影响了纤维、基体材料和界面的 性能。
•4
纤维复合材料中裂纹尖模型
•5
分别讨论各种破坏机理。
1） 纤维破坏 纤维断裂发生在其应变达到断裂应变时。
由于脆性纤维具有低的断裂应变，只产生少量变形， 因而吸收能量低。
碳纤维复合材料的冲击性能低，玻璃钢和凯芙拉的冲击 性能好。
虽然纤维是使复合材料具有高强度的主要原因，但纤 维断裂仅占总能量吸收的很小比例。但应当记住，纤维 的存在非常显著地影响破坏模式，从而也影响了总冲击 能。
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稳定的破坏模式和能量吸收，在碰撞过程中均匀地耗散
能量。
利用有限元软件，进行计算的过程
研究结果表面：在冲头上升前损伤面 积最大，并发现层合复合材料的损伤 面积与撞击能有很好的线性关系。
第十五章 眼外伤
大纲要求
眼外伤
1、掌握异物伤目、撞击伤目、真睛破损的处理。
2、掌握化学性眼损伤的诊断、急救及处理原则。
• 但在吸能方面，复合材料结构与与金属结构具有不同的性 能机理，金属结构主要依靠塑性变形来吸收能量，而复合 材料则通过多种形式的细观破坏耗散能量。
如： • 如纤维和基体的开裂 • 层间裂纹及开裂 • 纤维拔出 • 局部扭曲 •等
由于复合材料在撞击 断裂准则： 过程中是以损伤的积 累形式破坏的，因此， 到目前还没有一个包 含所有的破坏模式的 预报模型及破坏准则 对其吸能特性和剩余 强度或刚度进行有效 预报。
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Hopkinson压杆实验
适用于尺寸较小的试件在高应变率下的压缩实验。一般来说， 输入杆和测量杆的长度应该足够长，以确保在试件发生破坏 前压杆远端的反射波没有到达试件；试件的尺寸要足够小， 使得弹塑性波在试件中的传播时间与结构屈曲响应时间比很 小，压缩应力在试件中均匀分布。
A 0 : 试样初始截面积 l 0 : 试样初始长度
损伤容限
损伤容限：是指材料在经受冲击后，具有的 残余强度或刚度。
实验方法：经受撞击或冲击后的试件进行再 压缩测量从而求得其是否具有足够的强度 或刚度。
在压缩载荷下金属铝泡沫
纤维增强复合材料层合结构 在冲击载荷下的层间开裂
开口泡沫铝材料的动态压缩试验可看出，该种材料具 有良好的吸能特征，可用于耐撞性材料。
耐撞性（Crashworthiness）
－对运动的（载人、载物） 结构，在发生碰撞事故或 特定的冲击事件时能够吸 收冲击能量并保护成员及 贵重物品安全的能力。
- 要求: 能够在突发或特定 的碰撞事件中，依靠自身 结构或附件装置的屈曲、 断裂等破坏形式来减缓碰 撞时的冲击载荷，耗散冲 击能量。
落锤式实验的特点
需要确定如下物理量；
• 冲击载荷输入历程和大小； • 结构载荷响应历程、大小和分布； • 结构位移响应历程、大小和分布； • 测量的应变率响应特点
Hopkinson Pressure Bar
飞机上的缓冲吸能部件（结构）
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各类吸能结构
各种缓冲结构的吸能比较
应变的增大而上升的速度加快、平台段变短。
(3) 随着应变率的提高,尽管平台区变短,但由
于应力升高,泡沫铝的吸能性上升,而对应的
最大应力也较高。
不同应变率下泡沫铝的应力- 应变曲线
纤维增强复合材料层合板的低能冲击损伤及剩余强度
• 复合材料具有高强、高刚及可设计性的优点，现已广泛地 用于航天航空、建筑及交通等领域。
3、掌握辐射性眼损伤的诊断、处理及预防。
4、熟悉真睛破损的预防和诊断。
5、了解眼外伤危害的特点以及预防。
第十五章 眼外伤
眼外伤的特点： 1、易受外伤 2、影响视力 3、外伤多有瘀滞 4、外伤引动肝热，或邪毒乘虚而入 5、感伤健眼 （重在预防，发生以后， 应及时正确地处理。）
第一节 异物入目
一、病名含义 异物入目是指细小异物入眼中，
Hopkinson法冲击实验原理
如其核心部分是两段分离的弹性压杆: 输入和输出杆。
子弹以一定的速度撞击输入杆,在其中产生一入射脉冲 i ,
试样在该应力脉冲作用下被高速压缩变形,同时向输出杆传播
一透射波 t 和向输入杆返回一反射波 r 。
根据SHPB 实验 的一维假定和均 匀性假定,利用一 维应力波理论可 得试样的应变率εt (t) 、应变ε( t) 以 及应力σ( t) :
主要的研究方法只能 依靠有限元数值计算 进行预报；
设计和应用复合材料结构的吸能元件时应满足的要求
1. 在撞击事件中必须吸收绝大部分的能量
2.
－缓冲件特性研究所关心的主要问题之一就是如何
有效地、尽可能多地吸收大部分撞击能量，可通过结构
和材料参数进行设计。
2. 碰撞能量的吸收以可控的方式进行。
3.
－即复合材料吸能结构在各种撞击条件下都有比较
优点： 这类冲击体系的结构简单，操作 方 便，成本较低，适用领域广；
缺点： 冲击速度可选范围小，由于靠重力驱 动，实验受惯性力的影响较大。如果 想把某种材料与其它材料进行比较， 或者需改变重球质量，或者改变落下 高度，十分不方便。
落球试验数值模拟图
针对落锤实验应用运动物理学可导出如下理论方程：
F Mg f M dv dt
粘附或嵌顿在眼珠表层。
二、病因病机 三、临床表现
1、明显地异物入目病史。 2、自觉症状：异物感，疼痛，畏光，流泪
（黑睛异物症状重）
3、检查：应在裂隙灯下进行 （1）眼睑异物：多在睑板沟处，应仔细检查
才能发现（ 现后用消毒棉签粘出来， 点抗生素眼液） （2）黑睛异物：黑睛表面可见异物嵌顿 （铁性异物时间太久，可能出现锈环）
复合材料的冲击、损伤容限 和吸能－12
冲击实验的意义
• 冲击试验是用来衡量复合材料在经受高速 冲击状态下的韧件或对断裂的抵抗能力的 试验方法。
• 对于研究各向异性复合材料在经受冲击载 荷时的力学行为有一定的实际意义。
• 对于车辆、航天器等运动着结构来讲，除 了满足自身结构强度等要求外，要求必须 具有一定的“耐撞性”。
(1) 在冲击加载条件下开孔泡沫铝的应力- 应 变曲线与静态加载相似,具有三阶层变形 的特征,即弹性段、屈服平台段和压实段;但 与静态压缩曲线不同的是,动态压缩曲线上 平台段开始时有一应力回落的波动现象。
(2) 开孔泡沫铝具有明显的应变率效应,随应
变率的提高,相同应变下的泡沫铝的流动应
力上升、平台段的斜率增加, 即流动应力随
Байду номын сангаас 这样只要测量到 i 、t 和r 中的任意两个波形
就可利用下式计算出试样的应力－应变关系及应变速 率的大小。通过调整子弹的撞击速度来改变试样应变 率的大小。
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E : 压杆的弹性模量 C : 压杆的波速 A : 压杆的截面积