复合材料
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3．三维随机分布短纤维增强复合材料
6.2 复合材料的性能特点
一、增韧机制 （1）相变增韧 （2）微裂纹增韧 （3）裂纹偏折和弯曲增韧 （4）裂纹分支增韧 （5）桥联与拔出增韧
（6）延性颗粒增韧 （7）残余热应力增韧 （8）压电效应损耗能量增韧 （9）复合韧化机制 二、复合材料的主要性能特点
1、比强度和比模量 2、抗疲劳性能和抗断裂性能 3、高温性能 4、减摩、耐磨、减振性能
三、晶须（包括短纤维和晶片）增强
晶须（包括短纤维和晶片）增强复合材料与长纤维 增强复合材料相比，虽然强度略差，但由于可以制成各种 复杂形状的制品，易使生产过程自动化降低生产成本，所 以在各类工业产品的应用中（特别是金属基以及陶瓷基复 合材料）占主导地位。图5给出了短纤维增强复合材料的 几种形式。
F m (11.21Vp2/3)
（2）
m
F
式中 为基体的拉伸强度。上式表明，
随颗粒体积含量Vp的增加而下降。并且
此式仅适用于Vp≤40%的情况。
有偶联时的情况比较复杂，此时材
料的拉伸强度不再出现随颗粒体积含量 的增加而单调下降的情况，且拉伸强度 明显提高。
除了以上直接的影响之外，加入颗
粒导致晶粒尺寸、空洞和晶界性能的变 化也间接的影响复合材料的力学性能。
图1和图2分别给出了按照复合材料基体相的材质以及增强相的形态的 分类表。
通过以上的分类分析可知，与传统材料相比，复合材 料具有以下特点：
（1）复合材料具有可设计性
复合材料的各种物理与化学性能如力学性能、机械性能以 及热、声、光、电等，都可以按照构件的使用要求和环境 条件要求，通过组分材料的选择和匹配、铺层设计及界面 控制等材料设计的手段，最大限度的达到目的，满足工程 设备的使用性能。
1 f 1 m1
（5）
物理关系。根据基本假设，单层板、纤维和基体都是线 弹性的，都服从虎克定律，即
1 E111, f 1 Ef 1 f 1, m1 Emm1
(6)
综合（4，5，6）式，可得
E11 E f 1v f Emvm
（7）
这就是纵向弹性模量的混合法则公式。如果忽略空隙含 量的影响，则，因此（7）式又可写成
y
( 2d 2 3Vp
Gmb
1
) 2 (1Vp )
（1）
式中Gm为基体的切变模量 ，b为柏氏矢量。可以看出，弥散颗粒 的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。
颗粒增强的拉伸强度往往不是增强，而是降低的。当基体与颗粒 无偶联时，可以认为颗粒最终与基体完全脱离，颗粒占有的体积可看 作孔洞，此时基体承受全部载荷，颗粒增强复合材料的拉伸强度为：
E11 Ef 1vf Em (1 vf )
（8）
式中E11为单层板的纵向弹性模量，由于纤维模量远大于基 体模量，所以E11主要由纤维模量和纤维含量决定。
（2）横向弹性模量E21 由串联模型给出的代表性体积单元，在正轴2方向（图3） 作用平均应力σ2。纤维材料的弹性模量Ef和基体材料的弹 性模量Em, 单元应变ε2或纵向弹性模量E2的可以用下式表 示： 从单层板来看，单元的变形量 b 2b 从细观来看，
复合材料
从复合材料的组成和结构分析，其中有一相是连续 的称为基体相，另一相是分散的、被基体包容的 称为增强相。增强相与基体相之间的交界面称为 复合材料界面。在界面微区内，材料的结构和性 能与增强相以及基体相都不相同，而且这种差异 对材料的宏观性能产生影响，因此确切的说，复 合材料是由基体相、增强相和界面相三者组成的。
3．聚合物基纳米复合材料 至少有一维尺寸为纳米级的微粒子分散到聚合物基
体中，构成了聚合物基纳米复合材料。由于纳米复合材料 的形成，聚合物的结晶变小，结晶度增加，结晶速率增加， 赋予了材料许多特殊的性能。
与钢、铝等传统的金属材料相比，聚合物基 复合材料比强度高，比拉伸模量大，热膨胀系数低。 表1为典型的单向纤维复合材料的性能。
1）非连续纤维增强复合材料
非连续纤维（颗粒、晶须、短纤维）可以用来增强各种聚合物， 根据组分、制备方法、性能以及应用的不同主要分为4类：
（1）热塑成型组合物
（2）可热成型板材
（14）
因为
，所以
2 f 2vf m2vm
横向泊松比为：
11 f vf mvm
（15）
1 2
E21 E11
1 1
（16）
（4）面内剪切弹性模量 G112
2．并联模型的弹性常数 （1）纵向弹性模量E111 （2）横向弹性模量E211
并联模型的横向弹性模量与纵向弹性模量相同。
（3）泊松比 （4）面内剪切弹性模量 3．单向连续纤维增强复合材料单层基本强度预测 （1）纵向拉伸强度 （2）纵向压缩强度
1． 应力传递理论
复合材料受载荷作用时，载荷直接作用在基体上，然 后通过纤维与基体间界面的剪应力传递到纤维上。在短纤 维（不连续纤维）增强复合材料受力时，力学特性与纤维 长度关系密切。
（1）理想刚塑性基体：罗森（Rosen）最早用剪切滞后法研究 了有关应力沿纤维长度的变化规律。在图6所示的单元体受纵 向生应剪力应σ力1时г。,由于纤维和基体的弹性模量不同，在界面上将产
用类似于确定E1的方法，当正轴1方向
上受σ1作用时，纵向泊松比为：
1 1
2 1
（12）
从单层板来看，单元的横向变形量 b 为：
b b2 b(1113)1
从细观来看，单元的横向变形量是纤维与基体的横向变 形量之和。即
b bf 2 bm2 bf f 2 bmm2 bvf . f f1 bvm.mm1
b f 2bf 所m以2bm
(9)
2 f 2vf m2vm
对于串联模型，各部分应力相同。因此，单元、纤维 和基体的应变分别为：
2
2
E21
, f 2
2
Ef 2
,m2
2
Em
因此
E21
Emv f
E f 2 Em E f 2 (1 v f )
（10） （11）
（3）泊松比
确定纵向泊松比
1 1
1．串联模型的弹性常数：
（1）纵向弹性模量E11
在串联模型中取出代表体积单元，平均应力 σ1。由材料力学知道，已知纤维材料的弹性模量 Ef和基体材料的弹性模量Em, 欲求单元应变ε1或纵 向弹性模量E11的问题是一次超静定问题。可以利 用静力、几何和物理作用三方面关系的材料力学 基本方法来解决。
按照不同的标准和要求，复合材料通常有不
同的分类方法。按使用性能的不同，复合材料可 以分为功能复合材料和结构复合材料两大类。前 者主要利用复合材料除力学性能以外的特殊功能， 例如阻尼复合材料、隐身吸波复合材料、多功能 （耐热、透波、承载）复合材料、压电复合材料 等。
பைடு நூலகம்
后者指主要利用复合材料的各种良好的力学性能制造的复合材料。在 结构复合材料中，增强材料提供复合材料的刚度和强度，控制材料的 力学性能；基体材料固定、连结和保护增强材料；界面传递载荷，并 可以改善复合材料的某些性能。
（2）材料与结构具有同一性
传统材料的构件成型是经过对材料的再加工，在加工过程 中材料不发生组分和化学的变化。而复合材料构件与材料 是同时形成的，它由组成复合材料的组分材料在复合成材 料的同时也就形成了构件，一般不进行再加工。因此复合 材料的结构整体性好，可大幅度地减少零部件和连接件数 量，从而缩短加工周期，降低成本，提高构造的可靠性。
5、其他特殊性能 1）．破损安全性好。复合材料的破坏不像传统材料那 样突然发生，而是经历基体损伤、开裂、界面脱粘、纤维断 裂等一系列过程。当构件超载并有少量纤维断裂时，载荷会 通过基体的传递重新分配到未破坏的纤维上去，这样，在短 期内不至于使整个构件丧失承载能力。 2）．耐化学腐蚀性好。常见的玻璃纤维增强热固性树 脂基复合材料（俗称玻璃钢）一般都耐酸、稀碱、盐、有机 溶剂、海水的腐蚀。一般而言，耐化学腐蚀性主要决定于基 体。玻璃纤维不耐氢氟酸等氟化物，生产适应氢氟酸等氟化 物的复合材料制品时，其制品中与介质接触的表面层的增强 材料不能用玻璃纤维，可采用饱和聚酯或丙纶纤维（薄毡）， 基体亦须采用耐氢氟酸的树脂。 3）．电性能好。树脂基复合材料是一种优良的电气绝 缘材料，用其制造仪表、电机及电器中的绝缘零部件，不但 可以提高电气设备的可靠性，而且能延长使用寿命，在高频 作用下仍能保持良好的介电性能，不反射电磁波（可以作为 隐身材料），微波透过性良好，目前广泛用作制造飞机、舰 艇和地面雷达罩的结构材料。
(4) 复合材料具有各向异性的力学性能。
6.1 复合材料的复合原则与机制
复合材料的性能与微观相的特性、形状、体 积分数、分散程度以及界面特性等有很大的关系。 在对复合材料进行设计和性能预测以及性能分析 时，需要用到复合材料的一些基本理论，即复合 材料的复合原则与机制。
一、颗粒增强原理
颗粒增强复合材料中主要承受载荷的是基体 而非颗粒。从宏观上看，颗粒增强复合材料中的 颗粒是随机弥散分布在基体中的，这些弥散的质 点阻碍基体中的位错运动。如果质点是均匀分布 的球形颗粒，直径为d，体积分数为Vp，则复合 材料的屈服强度可用下式表示：
(2维)弹轴性向基的体拉：应若力刚时性，短基纤体维中完产全生埋应在变树，脂Co基x采中用，剪在滞受理到论沿进纤 行分析，得到纤维中的拉伸应力分布和界面上的剪应力分布
2．单向短纤维，二维随机分布短纤维复合材料的弹性模量和强 度 单向短纤维增强复合材料宏观弹性模量预单向长纤维增 强复合材料类似，上述关于长纤维增强复合材料的各种力学 分析均可用于此种情况。 二维随机分布的短纤维复合材料在二维平面上可以看作 是各向同性的，而在其他两个坐标面内是正交各向异性的。 因此有关长纤维增强复合材料的层合板的各理论以及公式均 适用于二维随机分布的短纤维复合材料。
二、连续纤维增强
连续纤维增强复合材料是由长纤维和基体组成的复 合材料。在工程上，一般将复合材料简化为图3的层板 模型来分析其力学行为。图3的二维层板模型有并联和 串连两种考虑方式。在串联模型中，纤维薄片和基体薄 片在横向上呈串联形式，意味着纤维在横向上完全被基 体隔开，适用于纤维所占百分比较少的情况；而并联模 型则意味着纤维在横向上完全连通，适用于纤维含量较 多的情况。
对复合材料给出的比较完整的定义是：复合 材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类 不同的材料通过复合工艺组合而成的新型材料， 它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合 效应获得原组分所不具备的性能；可以通过材料 设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而 获得新的优越性能。它与一般材料的简单混合有 本质的区别。
（3）材料性能对复合工艺的依赖性
复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学变化发生，不同 成型工艺所用原材料种类、增强材料形式、纤维体积含量和铺设方案 也不尽相同，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依 赖性很大。由于在成型过程中很难准确地控制工艺参数，一般来说复 合材料构件的性能分散性也是比较大的。
静力关系。 由于平均应力σ1作用在单元截面 A上, 而纤维应力σf作用在纤维横截面Af上,基体应 力σm作用在基体横截面Am上，根据静力平衡, 有
1 f 1Af m1Am （3）
1
f1
Af A
m1
Am A
f 1vf
m1vm
（4）
几何关系。 按照材料力学平面假设（即垂直于正轴1的平 面，变形后仍为平面），纤维和基体具有相同的线应变， 且等于单元的纵向线应变。
（3）颗粒状热固成型组合物
（4）热固性片状模塑料
2．连续纤维增强复合材料
在聚合物基复合材料中使用的纤维一般包括玻璃纤 维，芳香族聚酰胺合成纤维以及碳纤维。与常用的尼龙纤 维和聚酯纤维等相比，芳香族聚酰胺合成纤维具有很大的 比强度、比刚度，很好的热稳定性，不易燃烧。与玻璃纤 维和碳纤维相比，芳香族聚酰胺合成纤维的密度小，并且 又有较高的刚性，较高的强度，较大的拉伸极限应变。轴 向线膨胀系数为负。
6.3 非金属基复合材料
1、聚合物基复合材料 聚合物基复合材料又被称为增强塑料，作
为一种最实用的轻质结构材料，在复合材料工业中 占有主导地位。聚合物基复合材料主要分为两大类， 即颗粒、晶须、短纤维复合材料以及连续纤维复合 材料。短纤维复合材料主要作为次结构件，比如汽 车的车壳等。连续纤维复合材料是在树脂基体中适 当排列高强、高刚度的连续长纤维组成的材料体系， 可用作次结构件，也可用作主结构件。从基体材料 来讲，聚合物基复合材料可分为热固性树脂、热塑 性树脂和橡胶基复合材料。
6.2 复合材料的性能特点
一、增韧机制 （1）相变增韧 （2）微裂纹增韧 （3）裂纹偏折和弯曲增韧 （4）裂纹分支增韧 （5）桥联与拔出增韧
（6）延性颗粒增韧 （7）残余热应力增韧 （8）压电效应损耗能量增韧 （9）复合韧化机制 二、复合材料的主要性能特点
1、比强度和比模量 2、抗疲劳性能和抗断裂性能 3、高温性能 4、减摩、耐磨、减振性能
三、晶须（包括短纤维和晶片）增强
晶须（包括短纤维和晶片）增强复合材料与长纤维 增强复合材料相比，虽然强度略差，但由于可以制成各种 复杂形状的制品，易使生产过程自动化降低生产成本，所 以在各类工业产品的应用中（特别是金属基以及陶瓷基复 合材料）占主导地位。图5给出了短纤维增强复合材料的 几种形式。
F m (11.21Vp2/3)
（2）
m
F
式中 为基体的拉伸强度。上式表明，
随颗粒体积含量Vp的增加而下降。并且
此式仅适用于Vp≤40%的情况。
有偶联时的情况比较复杂，此时材
料的拉伸强度不再出现随颗粒体积含量 的增加而单调下降的情况，且拉伸强度 明显提高。
除了以上直接的影响之外，加入颗
粒导致晶粒尺寸、空洞和晶界性能的变 化也间接的影响复合材料的力学性能。
图1和图2分别给出了按照复合材料基体相的材质以及增强相的形态的 分类表。
通过以上的分类分析可知，与传统材料相比，复合材 料具有以下特点：
（1）复合材料具有可设计性
复合材料的各种物理与化学性能如力学性能、机械性能以 及热、声、光、电等，都可以按照构件的使用要求和环境 条件要求，通过组分材料的选择和匹配、铺层设计及界面 控制等材料设计的手段，最大限度的达到目的，满足工程 设备的使用性能。
1 f 1 m1
（5）
物理关系。根据基本假设，单层板、纤维和基体都是线 弹性的，都服从虎克定律，即
1 E111, f 1 Ef 1 f 1, m1 Emm1
(6)
综合（4，5，6）式，可得
E11 E f 1v f Emvm
（7）
这就是纵向弹性模量的混合法则公式。如果忽略空隙含 量的影响，则，因此（7）式又可写成
y
( 2d 2 3Vp
Gmb
1
) 2 (1Vp )
（1）
式中Gm为基体的切变模量 ，b为柏氏矢量。可以看出，弥散颗粒 的尺寸越小，体积分数越大，强化效果越好。
颗粒增强的拉伸强度往往不是增强，而是降低的。当基体与颗粒 无偶联时，可以认为颗粒最终与基体完全脱离，颗粒占有的体积可看 作孔洞，此时基体承受全部载荷，颗粒增强复合材料的拉伸强度为：
E11 Ef 1vf Em (1 vf )
（8）
式中E11为单层板的纵向弹性模量，由于纤维模量远大于基 体模量，所以E11主要由纤维模量和纤维含量决定。
（2）横向弹性模量E21 由串联模型给出的代表性体积单元，在正轴2方向（图3） 作用平均应力σ2。纤维材料的弹性模量Ef和基体材料的弹 性模量Em, 单元应变ε2或纵向弹性模量E2的可以用下式表 示： 从单层板来看，单元的变形量 b 2b 从细观来看，
复合材料
从复合材料的组成和结构分析，其中有一相是连续 的称为基体相，另一相是分散的、被基体包容的 称为增强相。增强相与基体相之间的交界面称为 复合材料界面。在界面微区内，材料的结构和性 能与增强相以及基体相都不相同，而且这种差异 对材料的宏观性能产生影响，因此确切的说，复 合材料是由基体相、增强相和界面相三者组成的。
3．聚合物基纳米复合材料 至少有一维尺寸为纳米级的微粒子分散到聚合物基
体中，构成了聚合物基纳米复合材料。由于纳米复合材料 的形成，聚合物的结晶变小，结晶度增加，结晶速率增加， 赋予了材料许多特殊的性能。
与钢、铝等传统的金属材料相比，聚合物基 复合材料比强度高，比拉伸模量大，热膨胀系数低。 表1为典型的单向纤维复合材料的性能。
1）非连续纤维增强复合材料
非连续纤维（颗粒、晶须、短纤维）可以用来增强各种聚合物， 根据组分、制备方法、性能以及应用的不同主要分为4类：
（1）热塑成型组合物
（2）可热成型板材
（14）
因为
，所以
2 f 2vf m2vm
横向泊松比为：
11 f vf mvm
（15）
1 2
E21 E11
1 1
（16）
（4）面内剪切弹性模量 G112
2．并联模型的弹性常数 （1）纵向弹性模量E111 （2）横向弹性模量E211
并联模型的横向弹性模量与纵向弹性模量相同。
（3）泊松比 （4）面内剪切弹性模量 3．单向连续纤维增强复合材料单层基本强度预测 （1）纵向拉伸强度 （2）纵向压缩强度
1． 应力传递理论
复合材料受载荷作用时，载荷直接作用在基体上，然 后通过纤维与基体间界面的剪应力传递到纤维上。在短纤 维（不连续纤维）增强复合材料受力时，力学特性与纤维 长度关系密切。
（1）理想刚塑性基体：罗森（Rosen）最早用剪切滞后法研究 了有关应力沿纤维长度的变化规律。在图6所示的单元体受纵 向生应剪力应σ力1时г。,由于纤维和基体的弹性模量不同，在界面上将产
用类似于确定E1的方法，当正轴1方向
上受σ1作用时，纵向泊松比为：
1 1
2 1
（12）
从单层板来看，单元的横向变形量 b 为：
b b2 b(1113)1
从细观来看，单元的横向变形量是纤维与基体的横向变 形量之和。即
b bf 2 bm2 bf f 2 bmm2 bvf . f f1 bvm.mm1
b f 2bf 所m以2bm
(9)
2 f 2vf m2vm
对于串联模型，各部分应力相同。因此，单元、纤维 和基体的应变分别为：
2
2
E21
, f 2
2
Ef 2
,m2
2
Em
因此
E21
Emv f
E f 2 Em E f 2 (1 v f )
（10） （11）
（3）泊松比
确定纵向泊松比
1 1
1．串联模型的弹性常数：
（1）纵向弹性模量E11
在串联模型中取出代表体积单元，平均应力 σ1。由材料力学知道，已知纤维材料的弹性模量 Ef和基体材料的弹性模量Em, 欲求单元应变ε1或纵 向弹性模量E11的问题是一次超静定问题。可以利 用静力、几何和物理作用三方面关系的材料力学 基本方法来解决。
按照不同的标准和要求，复合材料通常有不
同的分类方法。按使用性能的不同，复合材料可 以分为功能复合材料和结构复合材料两大类。前 者主要利用复合材料除力学性能以外的特殊功能， 例如阻尼复合材料、隐身吸波复合材料、多功能 （耐热、透波、承载）复合材料、压电复合材料 等。
பைடு நூலகம்
后者指主要利用复合材料的各种良好的力学性能制造的复合材料。在 结构复合材料中，增强材料提供复合材料的刚度和强度，控制材料的 力学性能；基体材料固定、连结和保护增强材料；界面传递载荷，并 可以改善复合材料的某些性能。
（2）材料与结构具有同一性
传统材料的构件成型是经过对材料的再加工，在加工过程 中材料不发生组分和化学的变化。而复合材料构件与材料 是同时形成的，它由组成复合材料的组分材料在复合成材 料的同时也就形成了构件，一般不进行再加工。因此复合 材料的结构整体性好，可大幅度地减少零部件和连接件数 量，从而缩短加工周期，降低成本，提高构造的可靠性。
5、其他特殊性能 1）．破损安全性好。复合材料的破坏不像传统材料那 样突然发生，而是经历基体损伤、开裂、界面脱粘、纤维断 裂等一系列过程。当构件超载并有少量纤维断裂时，载荷会 通过基体的传递重新分配到未破坏的纤维上去，这样，在短 期内不至于使整个构件丧失承载能力。 2）．耐化学腐蚀性好。常见的玻璃纤维增强热固性树 脂基复合材料（俗称玻璃钢）一般都耐酸、稀碱、盐、有机 溶剂、海水的腐蚀。一般而言，耐化学腐蚀性主要决定于基 体。玻璃纤维不耐氢氟酸等氟化物，生产适应氢氟酸等氟化 物的复合材料制品时，其制品中与介质接触的表面层的增强 材料不能用玻璃纤维，可采用饱和聚酯或丙纶纤维（薄毡）， 基体亦须采用耐氢氟酸的树脂。 3）．电性能好。树脂基复合材料是一种优良的电气绝 缘材料，用其制造仪表、电机及电器中的绝缘零部件，不但 可以提高电气设备的可靠性，而且能延长使用寿命，在高频 作用下仍能保持良好的介电性能，不反射电磁波（可以作为 隐身材料），微波透过性良好，目前广泛用作制造飞机、舰 艇和地面雷达罩的结构材料。
(4) 复合材料具有各向异性的力学性能。
6.1 复合材料的复合原则与机制
复合材料的性能与微观相的特性、形状、体 积分数、分散程度以及界面特性等有很大的关系。 在对复合材料进行设计和性能预测以及性能分析 时，需要用到复合材料的一些基本理论，即复合 材料的复合原则与机制。
一、颗粒增强原理
颗粒增强复合材料中主要承受载荷的是基体 而非颗粒。从宏观上看，颗粒增强复合材料中的 颗粒是随机弥散分布在基体中的，这些弥散的质 点阻碍基体中的位错运动。如果质点是均匀分布 的球形颗粒，直径为d，体积分数为Vp，则复合 材料的屈服强度可用下式表示：
(2维)弹轴性向基的体拉：应若力刚时性，短基纤体维中完产全生埋应在变树，脂Co基x采中用，剪在滞受理到论沿进纤 行分析，得到纤维中的拉伸应力分布和界面上的剪应力分布
2．单向短纤维，二维随机分布短纤维复合材料的弹性模量和强 度 单向短纤维增强复合材料宏观弹性模量预单向长纤维增 强复合材料类似，上述关于长纤维增强复合材料的各种力学 分析均可用于此种情况。 二维随机分布的短纤维复合材料在二维平面上可以看作 是各向同性的，而在其他两个坐标面内是正交各向异性的。 因此有关长纤维增强复合材料的层合板的各理论以及公式均 适用于二维随机分布的短纤维复合材料。
二、连续纤维增强
连续纤维增强复合材料是由长纤维和基体组成的复 合材料。在工程上，一般将复合材料简化为图3的层板 模型来分析其力学行为。图3的二维层板模型有并联和 串连两种考虑方式。在串联模型中，纤维薄片和基体薄 片在横向上呈串联形式，意味着纤维在横向上完全被基 体隔开，适用于纤维所占百分比较少的情况；而并联模 型则意味着纤维在横向上完全连通，适用于纤维含量较 多的情况。
对复合材料给出的比较完整的定义是：复合 材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类 不同的材料通过复合工艺组合而成的新型材料， 它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合 效应获得原组分所不具备的性能；可以通过材料 设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而 获得新的优越性能。它与一般材料的简单混合有 本质的区别。
（3）材料性能对复合工艺的依赖性
复合材料结构在形成过程中有组分材料的物理和化学变化发生，不同 成型工艺所用原材料种类、增强材料形式、纤维体积含量和铺设方案 也不尽相同，因此构件的性能对工艺方法、工艺参数、工艺过程等依 赖性很大。由于在成型过程中很难准确地控制工艺参数，一般来说复 合材料构件的性能分散性也是比较大的。
静力关系。 由于平均应力σ1作用在单元截面 A上, 而纤维应力σf作用在纤维横截面Af上,基体应 力σm作用在基体横截面Am上，根据静力平衡, 有
1 f 1Af m1Am （3）
1
f1
Af A
m1
Am A
f 1vf
m1vm
（4）
几何关系。 按照材料力学平面假设（即垂直于正轴1的平 面，变形后仍为平面），纤维和基体具有相同的线应变， 且等于单元的纵向线应变。
（3）颗粒状热固成型组合物
（4）热固性片状模塑料
2．连续纤维增强复合材料
在聚合物基复合材料中使用的纤维一般包括玻璃纤 维，芳香族聚酰胺合成纤维以及碳纤维。与常用的尼龙纤 维和聚酯纤维等相比，芳香族聚酰胺合成纤维具有很大的 比强度、比刚度，很好的热稳定性，不易燃烧。与玻璃纤 维和碳纤维相比，芳香族聚酰胺合成纤维的密度小，并且 又有较高的刚性，较高的强度，较大的拉伸极限应变。轴 向线膨胀系数为负。
6.3 非金属基复合材料
1、聚合物基复合材料 聚合物基复合材料又被称为增强塑料，作
为一种最实用的轻质结构材料，在复合材料工业中 占有主导地位。聚合物基复合材料主要分为两大类， 即颗粒、晶须、短纤维复合材料以及连续纤维复合 材料。短纤维复合材料主要作为次结构件，比如汽 车的车壳等。连续纤维复合材料是在树脂基体中适 当排列高强、高刚度的连续长纤维组成的材料体系， 可用作次结构件，也可用作主结构件。从基体材料 来讲，聚合物基复合材料可分为热固性树脂、热塑 性树脂和橡胶基复合材料。