复合材料力学ppt课件

(2.1)
式中， C11,C12 ,,C66 称为刚度系数。
现采用1，2，3轴代替x，y，z轴，并把应力应变分
量符号用简写符号表示
x 1 y 2
应力 z 3
yz 4
zx 5 xy 6
应变
x 1 y 2 z 3 yz 2 yz 4 zx 2 zx 5 xy 2 xy 6
/ 00 / 900 /
/ 00 / 900 /
其他层合板铺层表不举例如下： 600 / 00 s
600 / 600 / 00 / 00 / 600 / 600 ,可表示为 600 / 600 / 00 ，s 这里s表
示对称，“±”号表示两层正负角交错。
450 / 900 / 00 / 00 / 900 / 450 还可表示为 45 0 / 90 0 / 00 s ，s表示
（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。
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。 (3)材料具有可设计性。 (4)制造工艺简单，成本较低。 (5)某些复合材料热稳定好。 (6)高温性能好。 此外，各种复合材料还具有各种不同的优良性能，例如抗疲劳性 、抗冲击性、透电磁波性、减振阻尼性和耐腐蚀性等。 复合材料的缺点 (1)材料各向异性严重。 (2)材料性能分散度较大，质量控制和检测比较困难。 (3)材料成本较高。 (4)有些复合材料韧性较差，机械连接较困难。 以上缺点除各向异性是固有的外，有些可以设法改进，提高性能 ，降低成本。总之，复合材料的优点远多于缺点，因此具有广泛的 使用领域和巨大的发展前景。
总起来可写成
6
i Cij j j 1
(i 1,2,,6)
或 i Cij j (i, j 1,2,,6)
(2.2)
矩阵表达形式： σ Cε
(2.1)
定义
1
ε


2
源自文库


6

1
σ


2

复合材料力学
一 复合材料的基本概念 1 复合材料定义 复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和 化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 从应用性质分为功能复合材料和结构复合材料。
2 复合材料的基本构造形式 （1）单层复合材料(又称单层板) 纤维方向称为纵向，用“1”表示 垂直于纤维方向称为横向，用“2”表示 单层材料厚度方向用“3”表示 1，2，3轴称为材料主轴 单层材料一般是各向异性的。
（2）宏观力学
它把单层复合材料看成均匀的各向异性材料，不 考虑纤维和基体的具体区别，用其平均力学性能表 示单层材料的刚度、强度特性，可以较容易地分析 单层和叠层材料的各种力学性质，所得结果较符合 实际。
宏观力学的基础是预知单层材料的宏观力学性 能，如弹性常数、强度等，这些数据来自实验测定 或细观力学分析。由于实验测定方法较简便可靠， 工程应用往往采用它。
二、各向异性弹性力学基础 1应力-应变关系 各向异性弹性体的物理方程—应力-应变关系
x C11 x C12 y C13 z C14 yz C15 zx C16 xy y C21 x C22 y C23 z C24 yz C25 zx C26 xy z C31 x C32 y C33 z C34 yz C35 zx C36 xy yz C41 x C42 y C43 z C44 yz C45 zx C46 xy zx C51 x C52 y C53 z C54 yz C55 zx C56 xy xy C61 x C62 y C63 z C64 yz C65 zx C66 xy
铺层上下对称。
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。
其中， ij 表示工程剪应变， ij (i j) 表示张量剪应变， 这样（2.1）变为
1 C111 C12 2 C13 3 C14 4 C15 5 C16 6 2 C211 C22 2 C23 3 C24 4 C25 5 C26 6 3 C311 C32 2 C33 3 C34 4 C35 5 C36 6 4 C411 C42 2 C43 3 C44 4 C45 5 C46 6 5 C511 C52 2 C53 3 C54 4 C55 5 C56 6 6 C611 C62 2 C63 3 C64 4 C65 5 C66 6
单层板中纤维起增强和主要承载作用，基体 起支撑纤维、保护纤维，并在纤维间起分配 和传递载荷作用，通常把单层材料的应力一 应变关系看作是线弹性的。
（2）叠层复合材料(又称层合板) 层合板由多层单层板构成，各层单层板的
纤维方向一般不同。每层的纤维方向与叠层 材料总坐标轴x-y方向不一定相同，我们用θ 角(1轴与x轴夹角，由x轴逆时针方向到1轴的 夹角为正)表示，如图2所示。如四层单层材 料组成的层合板：