复合材料屈曲与后屈曲 完整版
(整理)CC复合材料的制备及方法.
C/C复合材料的制备及方法 地点：山西大同大学炭研究所 时间：5.31——6.3 学习内容： 一、C/C复合材料简述 C/C复合材料是以碳纤维及其织物为增强材料，以碳为基体，通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料。 优点：抗热冲击和抗热诱导能力极强，具有一定的化学惰性，高温形状稳定，升华温度高，烧蚀凹陷低，在高温条件下的强度和刚度可保持不变，抗辐射，易加工和制造，重量轻。 缺点：非轴向力学性能差，破坏应变低，空洞含量高，纤维与基体结合差，抗氧化性能差，制造加工周期长，设计方法复杂。 二、C/C复合材料的成型技术 化学气相沉积法 气相沉积法（CVD法）：将碳氢化合物，如甲烷、丙烷、液化天然气等通入预制体，并使其分解，析出的碳沉积在预制体中。 技术关键：热分解的碳均匀沉积到预制体中。 影响因素：预制体的性质、气源和载气、温度和压力都将影响过程的效率、沉积碳基体的性能及均匀性。 工艺方法：温度梯度法 温度梯度法 工艺方法：将感应线圈和感应器的几何形状做得与预制体相同。接近
感应器的预制体外表面是温度最高的区域，碳的沉积由此开始，向径向发展。 温度梯度法的设备如下图：
三、预制体的制备 碳纤维预制体是根据结构工况和形状要求，编织而成的具有大量空隙的织物。 二维编织物：面内各向性能好，但层间和垂直面方向性能差；如制备的氧化石墨烯和石墨烯 三维编织物：改善层间和垂直面方向性能；如热解炭 四、C/C的基体的获得 C/C的基体材料主要有热解碳和浸渍碳两种。 热解碳的前驱体：主要有甲烷、乙烷、丙烷、丙烯和乙烯以及低分子芳烃等；大同大学炭研究所使用的是液化天燃气。 浸渍碳的前驱体：主要有沥青和树脂 五、预制体和碳基体的复合 碳纤维编织预制体是空虚的，需向内渗碳使其致密化，以实现预制体和碳基体的复合。 渗碳方法：化学气相沉积法。 基本要求：基体的先驱体与预制体的特性相一致，以确保得到高致密和高强度的C/C复合材料。 化学气相沉积法制备工艺流程： 碳纤维预制体→通入C、H化合物气体→加热分解、沉积→C/C复合材料。 六、碳碳复合材料的机械加工和检测 可以用一般石墨材料的机械加工方法，对C/C制品进行加工。对C/C
复合材料的发展和应用
复合材料的发展和应用 复合材料的发展和应用 具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候 论文格式论文范文毕业论文 全球复合发展概况复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电气、、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道
的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。 2、碳纤维 3、芳纶纤维 20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。 4、超高分子量聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。 5、热固性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种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。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介 (1)定义：金属基复合材料是以金属或合金为基体，以高性能的第二相为增强体的复合材料。它是一类以金属或合金为基体, 以金属或非金属线、丝、纤维、晶须或颗粒状组分为增强相的非均质混合物, 其共同点是具有连续的金属基体。 (2)分类：按增强体类型分为：1.颗粒增强复合材料；2.层状复合材料；3.纤维增强复合材料 按基体类型分为：1.铝基复合材料；2.镍基复合材料；3.钛基复合材料；4.镁基复合材料 按用途分为：1.结构复合材料；2.功能复合材料 （3）性能特征：金属基复合材料的性能取决于所选用金属或合金基体和增强物的特性、含量、分布等。综合归纳金属基复合材料有以下性能特点。 A．高比强度、比模量 B. 良好的导热、导电性能 C．热膨胀系数小、尺寸稳定性好 D．良好的高温性能和耐磨性
碳纤维及其复合材料的发展及应用_上官倩芡
第37卷第3期上海师范大学学报(自然科学版)Vol.37,N o.3 2008年6月J ou rnal of ShanghaiNor m alUn i versity(Natural S ci en ces)2008,J un 碳纤维及其复合材料的发展及应用 上官倩芡,蔡泖华 (上海师范大学机械与电子工程学院,上海201418) 摘要:叙述了碳纤维的结构形态、分类以及在力学、物理、化学方面的性能,介绍了碳纤维增强复合材料的特性,着重阐述了碳纤维增强树脂基复合材料中基体的分类、选择和应用,指出了碳纤维及其复合材料进一步发展的趋势. 关键词:碳纤维;复合材料 中图分类号:O636文献标识码:A文章编号:1000-5137(2008)03-0275-05 碳纤维作为一种高性能纤维,具有高比强度、高比模量、耐高温、抗化学腐蚀、耐辐射、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能.此外,还具有纤维的柔曲性和可编性[1~3].碳纤维既可用作结构材料承载负荷,又可作为功能材料发挥作用.因此碳纤维及其复合材料近几年发展十分迅速.本文作者就碳纤维的特性、分类及其在复合材料领域的应用等内容进行介绍. 1碳纤维特性、结构及分类 碳纤维是纤维状的碳材料,由有机纤维原丝在1000e以上的高温下碳化形成,且含碳量在90%以上的高性能纤维材料.碳纤维主要具备以下特性:1密度小、质量轻,碳纤维的密度为1.5~2g/c m3,相当于钢密度的1/4、铝合金密度的1/2;o强度、弹性模量高,其强度比钢大4~5倍,弹性回复为100%;?热膨胀系数小,导热率随温度升高而下降,耐骤冷、急热,即使从几千摄氏度的高温突然降到常温也不会炸裂;?摩擦系数小,并具有润滑性;?导电性好,25e时高模量碳纤维的比电阻为775L8/c m,高强度碳纤维则为1500L8/c m;?耐高温和低温性好,在3000e非氧化气氛下不熔化、不软化,在液氮温度下依旧很柔软,也不脆化;?耐酸性好,对酸呈惰性,能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀[4~7].除此之外,碳纤维还具有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性. 碳纤维的结构取决于原丝结构和碳化工艺,但无论用哪种材料,碳纤维中碳原子平面总是沿纤维轴平行取向.用X-射线、电子衍射和电子显微镜研究发现,真实的碳纤维结构并不是理想的石墨点阵结构,而是属于乱层石墨结构[8],如图1所示.构成此结构的基元是六角形碳原子的层晶格,由层晶格组成层平面.在层平面内的碳原子以强的共价键相连,其键长为0.1421n m;在层平面之间则由弱的范德华力相连,层间距在0.3360~0.3440n m之间;层与层之间碳原子没有规则的固定位置,因而层片边缘参差不齐.处于石墨层片边缘的碳原子和层面内部结构完整的基础碳原子不同.层面内部的基础碳原子所受的引力是对称的,键能高,反应活性低;处于表面边缘处的碳原子受力不对称,具有不成对电子,活性 收稿日期:2008-01-04 基金项目:上海市教委科研基金项目(06D Z034). 作者简介:上官倩芡(1974-),女,上海师范大学机械与电子工程学院副教授.
(整理)基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析.
基于ABAQUS复合材料薄壁圆筒的屈曲分析 由于玻璃钢复合材料的薄壁圆筒结构具有强度高、重量轻、刚度大、耐腐蚀，电绝缘及透微波等优点，目前已广泛应用于航空航天和民用领域中。工程中广泛使用的这些薄壁圆筒，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等荷载作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 对结构进行屈曲分析，涉及到较复杂的弹(塑)性理论和数学计算，要通过求解高阶偏微分方程组，才能求解失稳临界荷载，而且只有少数简单结构才能求得精确的解析解。因此，只能采用能量法、数值方法和有限元方法等近似的分析方法进行分析。近20年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多的实用分析程序，提高了对复杂结构进行屈曲分析的能力和设计水平。ABAQUS 就是其中的杰出代表。 1.屈曲有限元理论 有限元方法中，对结构的屈曲失稳问题的分析方法主要有两类：一类是通过特征值分析计算屈曲载荷，另一类是利用结合Newton—Raphson迭代的弧长法来确定加载方向，追踪失稳路径的几何非线性分析方法，能有效分析高度非线性屈曲和后屈曲问题。 1.1线性屈曲 假设结构受到的外载荷模式为。，幅值大小为，结构内力为Q，则静力平衡方程应为 进一步考察结构在载荷作用下的平衡方程，得到 由于结构达到保持稳定的临界载荷时有，代入上式得 该方程对应的特征值问题为 如果忽略几何刚度增量的影响，屈曲分析的方程又可进一步简化为 该方程即为求解线性屈曲的特征值方程。为屈曲失稳载荷因子，为结构失稳形态的特征向量。
1.2非线性屈曲 非线性屈曲分析方法多采用弧长法进行分步迭代计算，在增量非线性有限元分析中，沿着平衡路径迭代位移增量的大小(也叫弧长)和方向，确定载荷增量的自动加载方案，可用于高度非线性的屈曲失稳问题。与提取特征值的线性屈曲分析相比，弧长法不仅考虑刚度奇异的失稳点附近的平衡，而且通过追踪整个失稳过程中实际的载荷、位移关系，获得结构失稳前后的全部信息，适合于高度非线性的屈曲失稳问题。 2.ABAQUS的线性屈曲分析 ABAQUS中提供两种分析方法来确定结构的临界荷载和结构发生屈曲响应的特征形状：线性屈曲分析(特征值屈曲分析)、非线性屈曲分析。 线性屈曲分析用于预测一个理想的弹性结构的理论屈曲强度。它是预期的线性屈曲荷载的上限，可以作为非线性屈曲分析的给定荷载，在渐进加载达到此荷载前，非线性求解必然发散；它还可以作为施加初始缺陷或扰动荷载的依据。所以预先进行特征值屈曲分析有助于非线性屈曲分析，进行特征值屈曲分析是必要的。 3.算例 3.1问题概述 图3-1 实例模型 如图所示两端开口的复合材料薄壁圆筒，底端固支，顶端作用有均匀分布的轴压边载。半径R=152mm，高度300mm，厚度t=0.804mm，对称铺层[±45,0]s，
复合材料的发展前景,发展与应用
复合材料的发展及应用 随着科学技术迅速发展，特别是尖端科学技术的突飞猛进，对材料性能提出越来越高,越来越严和越来越多的要求。在许多方面，传统的单一材料已不能满足实际需要。这时候复合材料就出现在了这百家争鸣的舞台上。 基本概论 复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料。此定义来自ISO。在复合材料中，通常有一相为连续相，称为基体；另一相为分散相，称为增强材料。从上述定义中可以看出，复合材料是两个或多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固体时才称为复合材料。所以我们可根据增强材料与基体材料的名称来给复合材料命名，增强基体复合材料。如：玻璃钎维环氧树脂复合材料，可写作玻璃/环氧复合材 料。 分类与性能 按增强材料形态分类可分为（1）连续纤维复合材料；（2）短纤维复合材料；（3）粒状填料复合材料；（4）编织复合材料。按增强纤维种类分类可分为（1)玻璃纤维复合材料；（2）碳纤维复合材料；（3）有机，金属，陶瓷纤维复合材料。在此篇文章中主要讨论以基体材料分类的几种复合材料。1.聚合物基复合材料——比强度，比模量大；耐疲劳性好；减震性好；过载时安全性好；具有多种功能性；
有很好的加工工艺性。2金属基复合材料——高比强度，高比模量；导热，导电性能；热膨胀系数小，尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的疲劳性能和断裂韧性；不吸潮，不老化，气密性好。此外还有陶瓷，水泥基复合材料，都有与上类似的特点。 基体材料 一：金属材料 选择基体的原则：使用要求，组成特点，基体金属与增强物的相 容性。 结构复合材料的基体：450℃以下的轻金属基体（“铝基和镁基”用于航天飞机，人造卫星，空间站，汽车发动机零件，刹车盘等）；450-700℃的复合材料的金属基体（“钛合金”用于航天发动机）；1000℃以上的高温复合材料的金属基体（“镍基，铁基耐热合金和金属间化合物”用于燃气轮机）。 二：陶瓷材料 陶瓷是金属和非金属元素的固体化合物，其键合为共价键或离子键，与金属不同，它们不含有大量的电子。一般而言，陶瓷具有比金属更高的熔点和硬度，化学性质非常稳定，耐热性，抗老化性皆佳。常用的陶瓷基体主要包括玻璃（无机材料高温烧结），玻璃陶瓷，氧化物陶瓷（MgO，Al2O3，SiO2，莫来石等），非氧化物陶瓷（氮化物，碳化物，硼化物和硅化物等）。 三：聚合物材料
纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析
第２３卷一第２期２０１５年４月一 材一料一科一学一与一工一艺 ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ 一 Ｖｏｌ ２３ Ｎｏ ２ Ａｐｒ．２０１５ 一一一一一一 ｄｏｉ：１０．１１９５１／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０２９９．２０１５０２１５ 纤维缠绕复合材料气瓶内衬的屈曲分析 付一敏１，林一松２，陈一亮２，周文龙１ （１．大连理工大学材料科学与工程学院，大连１１６０２３；２．航天材料及工艺研究所，北京１０００７６） 摘一要：为深入了解纤维缠绕复合材料气瓶的内衬屈曲情况，基于ＡＮＳＹＳ有限元软件，运用数值模拟方法对纤维缠绕复合材料气瓶的金属内衬结构进行屈曲分析，建立了复合气瓶内衬结构的有限元模型，采用特征值法分析得出内衬１ １０阶的屈曲模态，并利用非线性稳定法绘出内衬位移量随外压变化曲线．结果表明，计算得到的内衬临界失稳外压为０．１９９ＭＰａ，与复合气瓶内衬外压试验结果相符合，证实了本文对于复合气瓶内衬屈曲分析的可靠性．关键词：ＡＮＳＹＳ；纤维缠绕复合材料气瓶；有限元法；屈曲分析；外压试验中图分类号：Ｖ２６０．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５－０２９９（２０１５）０２－００８６－０５ Ｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ ＦＵＭｉｎ１，ＬＩＮＳｏｎｇ２，ＣＨＥＮＬｉａｎｇ２，ＺＨＯＵＷｅｎｌｏｎｇ１ （１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２３，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ＆ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｆｉｌａｍｅｎｔｗｏｕｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｓｉｄｅｌｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ（ＣＯＰＶ）ｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂｙｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇａｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂｙＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｍｏｄｅｓｆｒｏｍｏｎｅｔｏｔｅｎｏｒｄｅｒｓｏｆｔｈｅｌｉｎｅｒｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｉｇｅｎｖａｌｕｅｍｅｔｈｏｄ．Ａｓｓｈｏｗｎｉｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕｒｖｅｗｉｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｅｌｉｎｅｒｃｒｉｔｉｃａｌｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｂｕｃｋｌｉｎｇｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ０．１９９ＭＰａａｇｒｅｅｓｗｉｔｈＣＯＰＶｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｎｆｉｒｍｓｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｌｉｎｅｒｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆＣＯＰＶ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＮＳＹＳ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｖｅｒｗｒａｐｐｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌｓ（ＣＯＰＶ）；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＦＥＭ）； ｂｕｃｋｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｘｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｔｅｓｔ 收稿日期：２０１４－０６－１９． 作者简介：付一敏（１９８８ ），女，硕士研究生． 周文龙（１９６５ ），男，教授，博士生导师． 通信作者：周文龙，Ｅ?ｍａｉｌ：ｗｌｚｈｏｕ＠１２６．ｃｏｍ． 一一复合气瓶通常由金属内衬和复合材料增强层共同组成［１］．此类气瓶继承了复合材料比强度和比刚度高二抗疲劳性能好等诸多优点［２］，可明显提高压力容器的可靠性二安全性二承载能力二使用寿命，并能大大减小压力容器的质量［３－４］． 由于复合气瓶内衬厚度较小，在一定压应力 状态下会发生屈曲，因此确定临界失稳外压是复合气瓶结构设计中十分重要的任务．王荣国等［５］采用简化模型，分析了超薄内衬复合材料压力容器在卸载过程中由内衬压应力导致的内衬屈曲现 象，并验证其模型分析的可靠性．左惟炜等［６］对三维编织复合材料圆柱壳进行屈曲分析，计算了高压储气瓶的临界失稳载荷．Ｃａｉ等［７－８］结合有限元法和水压屈曲试验研究，结果表明，复合材料的纵向弹性模量和缠绕层厚度在很大程度上影响复合气瓶的失稳行为．Ｍｏｏｎ等［９］对中等壁厚的复合材料气瓶在外部静水压力下的屈曲和破坏特性进行了研究，并成功预测了屈曲外压． 复合气瓶的制备通常采用纤维缠绕法［１０］，缠 绕张力影响复合材料层的纤维含量和气瓶的失效强度［１１－１４］．研究表明，一定大小的缠绕张力才能使复合材料层发挥作用［１５］，缠绕张力越大，越有利于提高复合气瓶的疲劳寿命，减小气瓶质量［１６－１７］．然而，在制备过程中若缠绕张力过大，会
复合材料的发展和应用的论文
复合材料的发展和应用的论文 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。 另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。 树脂基复合材料的增强材料 树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。 1、玻璃纤维 目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃
复合材料的发展和应用(1)
复合材料的发展和应用(1) 全球复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，20XX年欧洲的复
合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。20XX年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，20XX年的总产量约为145万吨，预计20XX年总产量将达180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。20XX年美国汽车零件的复合材料用量达万吨，欧洲汽车复合材料用量到20XX年估计可达万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在20XX年的用量达万吨，汽车等领域的用量仅为万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，
山大复合材料结构与性能复习题参考答案.doc
1、简述构成复合材料的元素及其作用 复合材料由两种以上组分以及他们之间的界面组成。即构成复合材料的元素包括基体相、增强相、界面相。 基体相作用：具有支撑和保护增强相的作用。在复合材料受外加载荷时，基体相一剪切变形的方式起向增强相分配和传递载荷的作用，提高塑性变 形能力。 增强和作用：能够强化基体和的材料称为增强体，增强体在复合材料中是分散相, 在复合材料承受外加载荷时增强相主要起到承载载荷的作用。 界面相作用：界面相是使基体相和增强相彼此相连的过渡层。界面相具有一定厚度，在化学成分和力学性质上与基体相和增强相有明显区别。在复 合材料受外加载荷时能够起到传递载荷的作用。 2、简述复合材料的基本特点 (1)复合材料的性能具有可设计性 材料性能的可设计性是指通过改变材料的组分、结构、工艺方法和工艺参数来调节材料的性能。显然，复合材料中包含了诸多影响最终性能、可调节的因素，赋予了复合材料的性能可设计性以极大的自由度。 ⑵ 材料与构件制造的一致性 制造复合材料与制造构件往往是同步的，即复合材料与复合材料构架同时成型，在采用某种方法把增强体掺入基体成型复合材料的同时?，通常也就形成了复合材料的构件。 (3)叠加效应 叠加效应指的是依靠增强体与基体性能的登加，使复合材料获得一?种新的、独特而又优于个单元组分的性能，以实现预期的性能指标。 (4)复合材料的不足 复合材料的增强体和基体可供选择地范围有限；制备工艺复杂，性能存在波动、离散性；复合材料制品成本较高。
3、说明增强体在结构复合材料中的作用能够强化基体的材料称为增强体。增强体在复合材料中是分散相。复合材料中的增强体，按几何形状可分为颗 粒状、纤维状、薄片状和由纤维编制的三维立体结构。喑属性可分为有机增强体 和无机增强体。复合材料中最主要的增强体是纤维状的。对于结构复合材料，纤 维的主要作用是承载，纤维承受载荷的比例远大于基体；对于多功能复合材料， 纤维的主要作用是吸波、隐身、防热、耐磨、耐腐蚀和抗震等其中一种或多种， 同时为材料提供基本的结构性能；对于结构陶瓷复合材料，纤维的主要作用是增 加韧性。 4、说明纤维增强复合材料为何有最小纤维含量和最大纤维含量 在复合材料中，纤维体积含量是一个很重要的参数。纤维强度高，基体韧性好，若加入少量纤维，不仅起不到强化作用反而弱化，因为纤维在基体内相当于裂纹。所以存在最小纤维含量，即临界纤维含量。若纤维含量小于临界纤维量，则在受外载荷作用时，纤维首先断裂，同时基体会承受载荷，产生较大变形，是否断裂取决于基体强度。纤维量增加，强度下降。当纤维量大于临界纤维量时，纤维主要承受载荷。纤维量增加强度增加。总之，含量过低，不能充分发挥复合材料中增强材料的作用；含量过高，由于纤维和基体间不能形成一定厚度的界面过渡层, 无法承担基体对纤维的力传递，也不利于复合材料抗拉强度的提高。 5、如何设才计复合材料 材料设计是指根据对?材料性能的要求而进行的材料获得方法与工程途径的规划。复合材料设计是通过改变原材料体系、比例、配置和复合工艺类型及参数，来改变复合材料的性能，特别是是器有各向异性，从而适应在不同位置、不同方位和不同环境条件下的使用要求。复合材料的可设计性赋予了结构设计者更大的自由度，从而有可能设计出能够充分发掘与应用材料潜力的优化结构。复合材料制品的设计与研制步骤可以归纳如下： 1）通过论证明确对于材料的使用性能要求，确定设计目标 2）选择材料体系（增强体、基体） 3）确定组分比例、几何形态及增强体的配置 4）确定制备工艺方法及工艺参数
金属基复合材料的制备方法
金属基复合材料的制备方 法 Newly compiled on November 23, 2020
金属基复合材料的制备技术 摘要：现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，使普通的单一材料越来越难以满足实际需要。复合材料是多种材料的统计优化，集优点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。尤其是金属基复合材料(MMCs)具有较高工作温度和层间剪切强度，且有导电、导热、耐磨损、不吸湿、不放气、尺寸稳定、不老化等一系列的金属特性，是一种优良的结构材料。 Abstract: The development of modern science and technology and industrial production of materials requirements increasing, the ordinary single material is more and more difficult to meet the actual needs. Composite material is a variety of statistical optimization, set merit in a body, has the advantages of high strength, high modulus and light specific gravity and a series of characteristics. Especially the metal matrix composite ( MMCs ) has the high working temperature and interlaminar shear strength, and a conductive, thermal conductivity, wear resistance, moisture, do not bleed, dimensional stability, aging and a series of metal properties, is a kind of structural material. 关键词：复合材料(Composite material)、发展概况(Development situation)、金属基复合材料(Metal base composite materia l)、发展前景(Development prospect) 正文： 一：复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同物理、化学性质的物质以微观或宏观的形式复合而成的多相材料。各种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。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。②夹层复合材料。③细粒复合材料。④混杂复合材料。[1] 二：金属基复合材料简介
复合材料开发以及运用
复合材料开发以及使用 世界复合材料发展概况 复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它能够发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用 范围。因为复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应 用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年 更是得到了飞速发展。 随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上持续进步，生产厂家的制 造水平普遍提升，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被很多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。所以，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备， 已经成为众多产业的必备材料。当前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高 价值产品计入，其产值将更为惊人。从世界范围看，世界复合材料的 生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中 国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料世界占有率约为32%，年产量约200万吨。与 此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增 长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万 吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在世界市场 上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化 密切相关，各国的占有率变化很大。总体来说，亚洲的复合材料仍将 继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达 180万吨。 从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料
复合材料盒段结构屈曲稳定性分析及优化技术
复合材料盒段结构屈曲稳定性分析及优化技术 彭!云"，易!龙#，南!英" （"$南昌航空工业学院机械系，江西南昌%%&&%’；#$西北工业大学航空学院，陕西西安("&&(# ） 摘!要：随着计算机科学和有限元技术的发展，屈曲稳定性问题有限元数值求解技术已经比较成熟，但是在大型飞机结构工程应用中还是由于计算量大、收敛困难而受到限制。特别是在需要反复迭代计算的优化过程中，更是受到该问题的困扰。针对飞机机翼结构中的典型盒段结构，本文研究了基于)*+,+子模型的考虑线性屈曲稳定性约束的优化方法，以及非线性数值计算技术。研究表明，在相同精度要求的条件下，位移求解模型所需网格尺寸可远大于屈曲稳定性模型。本文利用验证结论，采用网格尺寸"&&--建立粗模型进行位移求解并确定危险部位，采用网格尺寸"&--建立子模型进行屈曲稳定性求解，从而完成全结构的优化设计。此方法计算效率高，在非线性屈曲稳定性求解以及优化迭代计算中优势明显。 关键词：有限元法；屈曲稳定性；子模型；优化设计 中图分类号：.#’#$#"!!!!文献标识码：)!!!!文章编号："/("!/0’1（#&&/）&0!&&2&!&% 引言 复合材料结构具有重量轻、强度高、刚度大、耐疲劳、耐腐蚀、易剪裁等一系列优点，能极大的提高材料的有效利用率和减轻结构的重量，目前已广泛应用于航空、航天结构和民用领域中。工程中广泛使用复合材料板壳结构，如飞机机翼和尾翼上的翼面壁板、腹板和复合材料集装箱的端板、侧板，当它们受压缩、剪切、弯曲和扭转等载荷作用时，最常见的失效模式为屈曲。因此，为了保证结构的安全，需要进行屈曲分析。 板壳结构不仅指板件、曲壳，还包括板或壳组成的薄壁构件以及由薄壁构件组成的结构等广义板壳结构。近年来，随着计算机和有限元方法的迅猛发展，形成了许多实用的分析程序，提高了对工程结构进行屈 曲分析的能力和设计水平［"3%］ 。但是对于大型复杂结 构，屈曲稳定性有限元分析的计算效率较低，特别在优化迭代过程中，更是会大大增加计算时间。 本文针对飞机机翼结构中的典型盒段结构的考虑稳定性约束条件的优化问题，研究了计算效率和精度对于网格密度的要求，发现在相同的网格密度情况下，计算所得屈曲临界载荷系数结果的误差远远大于位移结果误差。本文利用验证结果，建立较为粗糙的全结构模型进行静力分析获得满足精度要求的位移结果；然后基于)*+,+子模型技术将此结果作为边界条件施加于局部危险部位，建立细化网格的子模型完成稳定性分析和优化设计，从而大大减少计算量，优化效率显著提高。 "!优化公式 非线性响应的结构优化问题通常可表达为 -454-467!&（!! ， "）（"）89:;7<==>!"（!! ， "）#&!#?"，…，#$（#） 同时还要满足平衡方程!% （!!，"）?&（结构未失效）或者&%（!&，"）0&$3& %?& （结构失效，并且此时约束方程#中!"?&"）。此处的!&是目标函数，!"是任意的 约束函数（不包括非线性屈曲约束），! "是’维的节点位移向量，#$是约束个数， &$是临界载荷向量，& %是临界载荷状态下的内力向量，左上标代表载荷状态。 式"所描述的优化模型具有一般性，因为它包括了设计边界，应力，应变，位移和线性屈曲约束。本文优化过程中考虑的约束可描述为：应力@""@3"(#&；位移@!)"@3!)"&#&； 应变@#"@3#"(#&；屈曲载荷"3&*#&。其中"是点"的有效应力，"(是应力临界值，! )"是"点位移，! )"&是位移临界值，#"是有效应变，#"(是应变临界值，&*是屈曲载荷系数。 优化过程中确定搜索方向时需要敏度信息［’］ ，设 计敏度分析的主要问题是计算目标函数对于给定设计变量+的梯度 A !A +?"!"+ B "!"![] )A !!A + （’） 偏导数A !"+和A ! "! "的计算相对容易， 因为!收稿日期：#&&/!&(!&0!修订日期：#&&/!&C !"& ! 作者简介：彭!云（"C(C !），女，江西南昌人，讲师，研究方向为飞行器复合材料结构优化设计与有限元优化计算。 第%/卷!第0期航空计算技术 D>E$%/*>$0#&&/年C 月 )7F>5G9=4 新型复合材料的发展与应用复合材料是应现代科学技术发展而涌现出的一类具有极大生命力的新材料，它们均由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合起来而得到的一种多相固材料。复合材料区别于单一材料的显着特征是材料性能的可设计性，即经过选择性设计和加工，通过各组分性能间的相互补充，可获得新的优良性能。 生活中有许许多多的复合材料，传统的复合材料有钢筋混凝土，玻璃钢鱼竿、一体成型的鞋子、用于开关绝缘的合成树脂等。新型复合材料是具有更高性能的材料，具有比强度高、比模量高、密度低等，它包括用碳、芳纶、陶瓷等纤维和晶体等高性能增强体与耐热性好的热固性和热塑性树脂基构成的高性能聚合物复合材料。 人类在远古时代就从实践中认识到，?可以根据用途需要，组合两种或多种材料，利用性能优?势互补，制成原始的复合材料。所以，复合材料既是一?种新型材料，也是一种古老的材料。复合材料的发展历?史，可以从用途、构成、功能，以及设计思想和发展研?究等，大体上分为古代复合材料和现代复合材料两个阶?段。 ?古代复合材料在西安东郊半坡村仰韶文化遗址，?发现早在公元前2000年以前，古代人已经用草茎增强?土坯作住房墙体材料。 ????在金属基复合材料方面，中国也有高超的技艺。最具代表性的如越王剑，是金属包层复合材料制品，不仅光亮锋利，而?且韧性和耐蚀性优异，埋藏在潮湿环境中几千年，出土后依然寒光夺目，锋利无比。 5000年以前，中东地区用芦苇增强沥青造船。古埃及墓葬出土，发现有用名贵紫檀木在普通木材上装饰贴面的棺撑家具。古埃及修建金字塔，用石灰、火山灰等作粘合剂，混和砂石等作砌料，这是最早最原始的颗粒增强复合材料。但是，上述辉煌的历史遗产，只是人类在与自然界的斗争实践中不断改进而取得的，同时都是取材于天然材料，对复合材料还是处于不自觉的感性认识阶段。。新型复合材料的发展与应用