刚性粒子增韧UPR复合材料的细观模型
编织复合材料的细观结构与力学性能
3D编织复合材料的细观结构与力学性能 摘要归纳、梳理三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型，分析、比较各结构模型的优缺点，从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展，探讨细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题，并展望今后的研究重点与发展方向。 关键词三维编织复合材料；细观结构；力学性能 Microstructure and Mechanical Properties of 3D Braided Composites ABSTRACT Typical unit cell models on microstructure of 3D braided composites were summarized. Advantages and disadvantages of various models were compared. Developments of research on mechanical properties of 3D braided composites were introduced from theoretical analysis and experimental test perspectives. Finally, problems in the present study were discussed and further development trend is prospected KEYWORDS 3D braided composites; Microstructure; Mechanical properties 1 引言 三维编织复合材料是20世纪80年代为满足航空航天部门对高性能材料的需求而研发出的先进结构材料，具有高度整体化的空间互锁网状结构，可有效避免传统层合复合材料的分层破坏，冲击韧性、损伤容限与抗疲劳特性优异，结构可设计性强，能够实现异形件的净尺寸整体成型，因此在结构材料领域倍受关注。 力学性能是三维编织复合材料结构设计的核心，直接关系应用安全性与可靠性，细观结构是影响力学性能的关键，正确描述细观结构是准确预测宏观力学性能的必要前提。细观结构表征与力学性能预报一直是三维编织复合材料的研究重点，具有重要的理论价值与实践意义。 2 三维编织复合材料的细观结构单胞模型 Ko[1]首次提出“纤维构造”术语，定义出图1所示的立方体单胞模型，单胞由四根不计细度的直纱线组成，纱线沿体对角线方向取向并相交于立方体中心，模型大致描述出了编织体内部的纱线分布情况。
三向编织复合材料弹性性能研究
３２工程力学 织向纤维束的波动。此后Ｂｙｕｎｔ５１、Ｉ啪ｏｖ【６】、 Ａｇｇａｒｗａｌｌ７Ｊ、Ｑｕｅｋｔ２１和王立朋【８】等也进行了类似的分析工作。本文基于均匀应变假设和界面连续性条 件，并考虑到编织向纤维束波动周期在特定区域沿 着自身横向的渐变，预测了三向编织复合材料的弹 性性能，并与实验结果做了对比。采用理论预测方法，研究了编织角和轴向纤维束与编织向纤维束大小之比两个参数对三向编织复合材料面内弹性性能的影响。 １三向编织复合材料的结构和参数 编织结构如图ｌ所示，由轴向纤维束和编织向纤维束组成，主要参数有纤维类型，轴向和编织向纤维束大小，编织角，轴向纤维束间距和编织层数。从图ｌ中可以看出，每个＋ａ向的纤维束连续从一个一ａ向纤维束上穿过，然后再从一个一ｏｇ向纤维束下穿过，反之亦然，称为ｌ×ｌ型。图２为编织结构示意图，本文在分析编织复合材料弹性性能时以单胞为研究对象，即图中粗实线矩形方框所围成的区域。 图ｌ编织结构预制件 Ｆｉｇ．１Ｂｒａｉｄｆａｂｒｉｃｐｒｅｆｏｒｍ 图２编织结构示意图 Ｆｉｇ．２Ｂｒａｉｄａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓｋｅｔｃｈ ２弹性性能的理论预测 ２．１几何模型描述 根据图ｌ，本文对编织结构做如下假设： １）轴向和编织向纤维束横截面均是扁平透镜形状，且沿其中心线横截面保持不变。 ２）轴向纤维束的中心线保持直线形状，图２中粗实线梯形区域（每个单胞内共８个）内编织向纤维束的中心线按照正弦规律波动，并且波动周期沿着纤维束自身横向渐变，其它区域内编织向纤维束中心线保持直线形状。 图２中的Ｓ．Ｓ截面和Ｔ－Ｔ截面分别如图３和图４所示，纤维束横截面形状如图５所示。 图３Ｓ．Ｓ截面图 Ｆｉｇ．３Ｓ－Ｓｓｅｃｔｉｏｎ 图４Ｔ＿Ｔ截面图 Ｆｉｇ．４Ｔ－Ｔｓｅｅｔｉ０１１ 图５轴向和编织向纤维束截面图 Ｆｉｇ．５Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆａｘｉａｌａｎｄｂｒａｉｄｙａｍ 首先假设轴向和编织向纤维束横截面曲线段的方程为： 无（ｚ）２ｉｔｓｍ（高Ｊ一等＋≥ｃ?， 聃卜列ｔ蒜与心ｃ萄式（１）和式（２）中：ｔ＝铲２如表示编织结构的单层厚度；疋和而表示曲线周期的修正值，其余几何参数均在图４和图５中示出。 编织结构各几何参数要满足方程（３）－－方程（８）：
三维四向编织-三维五向编织碳_环氧复合材料实验研究_百汇总
第16卷 1999年第4期 10月复合材料学报ACT A M AT ERIA E COM PO SIT A E SIN ICA V ol.16No.4Octo ber 1999收修改稿、初稿日期:1998-09-25,1998-08-25 三维四向编织碳/环氧复合材料实验研究 宝君杜 严勇摘要讨论了三维四向编织碳/环氧复合材料力学性能研究的实验方法。通过实验得到了弹性 常数及反映材料非线性行为的力学性能指标随编织角的变化规律,并分析讨论了编织参数对该类 材料破坏模式的影响作用。 关键词编织复合材料,力学性能,实验研究 中图分类号T B332 复合材料力学性能的实验研究在复合材料的开发与应用中发挥着重要作用。尤其是在材料设计研究中,实验研究对于评价加工工艺及原材料性能对复合材料性能的影响具有十分重要的意义。迄今已有许多种实验方法,其中有些方法比较简单,已经制定了标准;然而,有些实验方法涉及复合材料固有的复杂性,尚不够成熟,有待进一步进行研究。三维编织复合材料是近几年开发研制的新型复合材料,在航空航天等高科技领域具有广阔的应用前景。其性能表征及测试方法都未形成成熟的标准,需要进一步进行研究探讨。 A .
B .Macander 等人[1]于1986进行了一组实验,结果表明,三维编织物能大幅度地提高 复合材料强度和刚度。Fukuta [2]对Carbon/epo xy 三维三向、三维四向及层合板材料冲击后的 压缩强度进行了比较研究。比较发现,三维编织复合材料的冲击压缩强度较层合材料高,说明 其具有优秀的强度保持性。L .W .Gause 等[3]通过实验证实良好的抗损坏性是复合材料三维编 织结构所具有的突出特点。F .K .Ko [4~5]用玻纤/环氧和碳纤/PEEK 完成了类似实验。佐藤等[6]对火箭喷管用石墨材料、二维C /C 复合材料、三维C /C 复合材料的热冲击强度及其断裂韧性进行了实验研究。实验结果发现,二维C/C 复合材料由于纤维强化面内和层合方向存在各向异性,导致层间剥离破坏。而三维C/C 复合材料的热冲击破坏韧性是AT J 石墨的19倍以上,显示出其具有非常卓越的抗热冲击性能。孙慧玉等[7]对编织复合材料的力学性能也进行了实验研究。 为了探讨三维四向编织复合材料力学性能与编织参数间的关系及编织复合材料力学性能的实验研究方法,以碳/环氧三维四向编织复合材料为对象进行了拉伸及压缩实验,得到了有关实验数据,并对实验结果进行了分析讨论。 1实验原理及方法 利用岛津DSS-10T 材料试验机对试件进行加载,采用汉中中原电测仪器厂BA120-5AA-C15%应变计,通过KYOW A-DPM 613A 型动态应变仪测量其变形。 (南京鑫鼎纤维材料有限公司,210044 试件材料为三维四向碳/环氧编织复合材料,由天津纺织工学院复合材料研究所研制。基体材料为T DE -85#环氧树脂,增强纤维为T 300碳纤维,纤维束规格为12K ,采用树脂传递模塑(RT M 工艺制成。
(完整word版)复合材料的种类、定义
复合材料的种类、定义 复合材料的定义 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。复合材料的组分材料虽然保待其相对独立性。但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进.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，称为增强相(增强体)。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中的。两相之间存在着相界面。分欣相可以是增强纤维，也可以是顺村状成弥散的坡料。 从上述的定义中可以看出。复合材料可以是一个连续物理相与一个连续分散相的复合。也可以是两个或者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。若复合产物为液体或气体时，就不能称为复合材料。复合材料既可以保持原材料的某些特点，又能发挥组合后的新特征.它可以根据需要进行设什。从而最合理地达到使用所要求的性能。 复合材料的分类 随着材料品种不断增加，人们为了更好地研究和使用材料，需要对材料进行分类.材料的分类方法较多。如按材料的化学性质分类，有金属材料、非金属材料之分;如按物理性质分类,有绝缘材料、磁性材料、透光材料、半导体材料、导电材料等。按用途分类，有航空材料、电工材料、建筑材料、包装材料等。 复合材料的分类方法也很多。常见的有以下几种。 按基体材料类型分类 聚合物基复合材料以有机聚合物(主要为热固性树脂、热塑性树脂及橡胶)为基体制 成的复合材料。 金属从复合材料以金属为基体制成的复合材料，如铝墓复合材料、铁基复合材料等。 无机非金属基复合材料以陶瓷材料(也包括玻璃和水泥)为基体制成的复合材料。 按增强材料种类分类 玻璃纤维复合材料。 碳纤维复合材料。 有机纤维(芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酯纤维、高强度聚烯烃纤维等)复合材料。 金属纤维(如钨丝、不锈钢丝等)复合材料。 陶瓷纤维(如氧化铝纤维、碳化硅纤维、翩纤维等)复合材料。 此外，如果用两种或两种以上的纤维增强同一基体制成的复合材料称为“混杂复合材料”。混杂复合材料可以看对免戈趁两种或多种单一纤维复合材料的相互复合，即复合材料的“复合材料”。 按增强材料形态分类 连续纤维复合材料作为分散相的纤维，每根纤维的两个端点都位于复合材料的边
复合材料细观力学答案
一、知识部分 1、计算面心立方、体心立方结构的（100）、（110）、（111）等晶面的面密度，计算密排六方结构的（0001）、（1010）晶面的面密度（面密度定义为原子数/单位面积）。 解：设立方结构的晶胞棱长为a 、密排六方结构晶胞轴长为a 和c 。 （1）体心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为21a ；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22 a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为223a 。 （2）面心立方：在一个晶胞中的（001）面的面积是2a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22a ；在一个晶胞中的（110）面的面积是22a ，在这个面积上有2个原子，所以其面密度为22 a ；在一个晶胞中的（111）面的面积是223a ，在这个面积上有1.5个原子，所以其面密度为23a 。 （3）密排六方：在一个晶胞中的（0001）面的面积是22 3a ，在这个面积上有1个原子，所以其面密度为2332a ；在一个晶胞中的（1010）面的面积是c a 2，在这个面积上有次个原子，所以其面密度为 c a 21；
2、纯铁在912℃由bcc 结构转变为fcc 结构，体积减少1.06%，根据fcc 结构的原子半径计算bcc 结构的原子半径。它们的相对变化为多少？如果假定转变前后原子半径不变，计算转变后的体积变化。这些结果说明了什么？ 解：设bcc 结构的点阵常数为a b ，fcc 结构的点阵常数为a f ，由bcc 结构转变 为fcc 结构时体积减少1.06％，因bcc 单胞含2个原子，fcc 单胞含4个原子，所以2个bcc 单胞转变为1个fcc 单胞。则 10006.122333=-b b f a a a 即 b b f a a a 264.110006.10121=??? ???= bcc 结构的原子半径b b a r 43=，fcc 结构的原子半径f f a r 4 2=，把上面计算的a f 和a b 的关系代入，并以r f 表示r b ，则 f f f b b r r a a r 9689.02264.1443264.14343=???=?== 它们的相对变化为 0311.019689.0-=-=-b f b r r r 如果假定转变前后原子半径不变，转变后的体积变化为 ()()()1.8342342242233 3333-=-=-b b f b b f r r r a a a ％ 从上面的计算结果可以看出，如果转变前后的原子半径不变，则转变后的体积变化很大，和实际测得的结果不符，也和金属键的性质不符。所以，同一种金属，不同结构的原子半径改变，尽量使其体积变化最小。 3、根据Fe-C 相图 ①计算)(C w 为0.1%以及1.2%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量，计算共析体（珠光体）的相对量。 ②计算)(C w 为 3.4%的铁碳合金在室温时平衡状态下相的相对量，计算刚凝固完毕时初生γ相（奥氏体）和共晶体的相对量。计算
先进复合材料论文
摘要：纤维增强复合材料具有较强的结构特性，是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能，同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏现力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展，介绍了复合材料的细观力学模型的发展，综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状，并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。 1 前言 纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它复合材料所无法比拟的。纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多，如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体，“三叉戟”一、二、三级发动机壳体的复合材料裙，民兵系列发动机的喷管扩张段，部分固体发动机及高速战术导弹美国的11IAAD、ERINT等。除军用外，开发纤维复合材料的其它应用也大有作为，如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。我国拟大力开发新型纤维增强复合材料建材及与环保、日用消费品档关的高科技纤维增强复合材料的新市场,因此，对于纤维增强复合材料的力学性能研究是十分必要的。 复合材料既表现出宏观特征，又具有明显的细观结构特征。复合材料力学是一种两层次的力学理论。在宏观尺度上，可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为旧，但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。在细观尺度上，复合材料具有包含多种组份相的非均质结构，复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定进展。如果将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来，在进行宏观结构分析时就能够获得细观尺度上的力学参量值，将是一种更好的分析方法。本文在分析复合材料宏观、细观特
复合材料力学笔记
《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、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。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。 根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层和复合材料。 (1)颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶瓷。 (2)层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 (3)纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。 按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高） 碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模
复合材料力学答案
复合材料力学答案 【篇一：材料力学】 教程第二版 pdf格式下载单辉祖主编本书是单辉祖主编《材料力学 教程》的第2版。是根据高等工业院校《材料力学教学基本要求》 修订而成。可作为一般高等工业院校中、少学时类材料力学课程的 教材，也可作为多学时类材料力学课程基本部分的教材，还可供有 关工程技术人员参考。 内容简介回到顶部↑本教村是普通高等教育“十五”国家级规划教材。. 本教材仍保持第一版模块式的特点，由《材料力学(Ⅰ)》与《材料力 学(Ⅱ)》两部分组成。《材料力学(Ⅰ)》包括材料力学的基本部分， 涉及杆件变形的基本形式与组合形式，涵盖强度、刚度与稳定性问题。《材料力学(Ⅱ)》包括材料力学的加深与扩展部分。 本书为《材料力学(Ⅱ)》，包括非对称弯曲与特殊梁能量法(二)、能 量法 (二)、静不定问题分析、杆与杆系分析的计算机方法、应力分析的实验方法、疲劳与断裂以及考虑材料塑性的强度计算等八章。各章均 附有复匀题与习题，个别章还安排了利用计算机解题的作业。.. 与第一版相同，本教材具有论述严谨、文字精炼、重视基础与应用、重视学生能力培养、专业面宽与教学适用性强等特点，而且，在选 材与论述上，特别注意与近代力学的发展相适应。 本教材可作为高等学校工科本科多学时类材料力学课程教材，也可 供高职高专、成人高校师生以及工程技术人员参考。 以本教材为主教材的相关教学资源，尚有《材料力学课堂教学多媒 体 课件与教学参考》、《材料力学学习指导书》、《材料力学网上作 业与查询系统》与《材料力学网络课程》等。... 作译者回到顶部↑本书提供作译者介绍 单辉祖，北京航空航天大学教。1953年毕业于华东航空学院飞机结 构专业，1954年在北京航空学院飞机结构专业研究生班学习。1992—1993年，在美国特拉华大学复合材料中心．从事合作研究。.历任教育部工科力学教材编审委员、国家教委工科力学课程指导委 员会委员、中国力学学会教育工作委员会副主任委员、北京航空航 天大学校务委员会委员、校学科评审组成员与校教学指导委员会委 员等。..
复合材料力学
3019《复合材料力学》考试大纲 《复合材料力学》全面、系统地阐述了复合材料力学基础、宏观力学和细观力学的基本理论、分析方法和结果，并介绍了混杂复合材料，复合材料疲劳、断裂和连接等专题，以及纳米复合材料、生物／仿生复合材料和智能复合材料等现代新型复合材料及其分析方法。考试内容及要求如下： 第1章单层复合材料的宏观力学分析 平面应力下单层复合材料的应力—应变关系，单层材料任意方向的应力—应变关系 单层复合材料的强度，正交各向异性单层材料的强度理论 第2章复合材料力学性能的实验测定 纤维和基体的力学性能测定，单层板基本力学性能的实验测定，其他力学性能实验 第3章层合板刚度的宏观力学分析 层合板的刚度和柔度，几种典型层合板的刚度计算，层合板刚度的理论和实验比较 第4章层合板强度的宏观力学分析 层合板强度概述，层合板的应力分析，层合板的强度分析，层合板的层间应力分析 第5章湿热效应 单层板的湿热变形，考虑湿热变形的单层板应力—应变关系，考虑湿热变形的层合板刚度关系，考虑湿热变形的层合板应力和强度分析 第6章层合平板的弯曲、屈曲与振动 层合平板的弯曲，层合平板的屈曲，层合平板的振动，层合板中耦合影响的简单讨论 第7章若干专题 混杂复合材料及其力学分析，金属基复合材料和陶瓷基复合材料，纳米复合材料简介，复合材料的疲劳，复合材料的损伤和断裂，复合材料的蠕变，复合材料的连接，横向剪切的影响 第8章复合材料的有效性质和均质化方法 尺度和代表单元的概念，细观过渡方法 第9章单层复合材料的细观力学分析 刚度的材料力学分析方法，强度的材料力学分析方法，短纤维复合材料的细观力学分析，热膨胀的力学分析，刚度的弹性力学分析方法 第10章复合材料线性有效模量预测的近似方法 宏观整体坐标系和局部坐标系，稀疏方法，Mori—Tanaka方法，自洽方法，微分法，广 —1—