复合材料力学实验(第一组)
复合材料力学PDF（1）
复合材料力学复合材料力学复合材料力学复合材料力学2010201020102010年春季年春季年春季年春季秦战明秦战明秦战明秦战明西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学航天航空学院航天航空学院航天航空学院航天航空学院第一章第一章第一章第一章概概概概论论论论??复合材料及种类复合材料及种类复合材料及种类复合材料及种类??复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点??复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用??复合材料结构设计复合材料结构设计复合材料结构设计复合材料结构设计??复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势??研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与力学问题力学问题力学问题力学问题??智能复合材料智能复合材料智能复合材料智能复合材料复合材料是什么复合材料是什么复合材料是什么复合材料是什么??复合材料复合材料复合材料复合材料Composite material–由两种或多种不同性由两种或多种不同性由两种或多种不同性由两种或多种不同性质的材料用物理和化质的材料用物理和化质的材料用物理和化质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上组成的具有综合优异组成的具有综合优异组成的具有综合优异组成的具有综合优异性能的材料性能的材料性能的材料性能的材料....–复合材料通常具有其复合材料通常具有其复合材料通常具有其复合材料通常具有其组成材料所没有的性组成材料所没有的性组成材料所没有的性组成材料所没有的性能能能能....Particle reinforcedcomposites/formulae/solid_mechanics/composites/comp_intro.cf mImages fromRandom short fiber reinforced compositesComposite material is Vinson et al. 2002:–Blending of two or more materials macroscopically insoluble in one another to form a new engineering material–Exhibiting certain properties not possessed by the constituentsWhat Is Composite MaterialVinson J.R. et al. 2002 The behavior of Structures Composed of Composite Materials KluwerAcademic Publishers. p. 5.??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成的一种多相固体材料.基体相增强材料相界面相国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义复合材料的复合材料的复合材料的复合材料的三要素三要素三要素三要素形状形状形状形状、、、、方位和材料方位和材料方位和材料方位和材料如弹性如弹性如弹性如弹性模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相??材料的材料的材料的材料的”复合复合复合复合”引起如下性能的改善引起如下性能的改善引起如下性能的改善引起如下性能的改善::::…热传导热传导热传导热传导热绝缘热绝缘热绝缘热绝缘疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命重量重量重量重量抗磨损性抗磨损性抗磨损性抗磨损性抗腐蚀力抗腐蚀力抗腐蚀力抗腐蚀力刚度刚度刚度刚度强度强度强度强度复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类1111按基体材料分类聚合物基复合材料热固性、热塑性树脂金属基复合材料铝、钛、镁无机非金属基复合材料陶瓷、水泥碳-碳复合材料由碳纤维及其由碳纤维及其由碳纤维及其由碳纤维及其碳毡或碳碳毡或碳碳毡或碳碳毡或碳布布布布增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料碳碳碳碳----碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应用部位示意图用部位示意图用部位示意图用部位示意图??按增强剂材料形态分类–连续纤维复合材料–短纤维复合材料–晶须增强复合材料–颗粒增强复合材料–编织复合材料复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类2222连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料又称又称又称又称先进复合材料先进复合材料先进复合材料先进复合材料编织复合材料构架编织复合材料构架编织复合材料构架编织复合材料构架复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类3333??按纤维种类分类–玻璃纤维复合材料–碳纤维复合材料–有机纤维复合材料–金属纤维复合材料钨丝、不锈钢丝–陶瓷纤维复合材料硼纤维、碳化硅纤维–混杂纤维复合材料两种以上纤维共同特点可综合发挥各种组成材料优点使一种材料具有多种功能可按对材料性能需要进行材料的设计和制造可制成所需要任意形状产品避免多次加工工序一般优点比强度、比刚度、轻质、耐疲劳、减震性好、抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点层合板的材料铺排设计图摘自: 黄争鸣张华山力学进展2007 Vol.37No.1复合材料的发展历史复合材料的发展历史复合材料的发展历史复合材料的发展历史??自古以来自古以来自古以来自古以来人们就会使用人们就会使用人们就会使用人们就会使用天然的复合材料天然的复合材料天然的复合材料天然的复合材料——木木木木材材材材、、、、竹竹竹竹、、、、骨骼等骨骼等骨骼等骨骼等。
复合材料力学特性的实验研究与分析
复合材料力学特性的实验研究与分析复合材料作为一种新型的材料，具有重量轻、强度高等优点，在航空、汽车、船舶和建筑等领域得到了广泛的应用。
复合材料的力学特性直接影响着其应用效果，因此探究复合材料的力学特性是非常重要的。
本文将介绍复合材料的力学特性实验研究与分析。
一、复合材料的力学特性复合材料是由两种或两种以上不同类型的材料通过某种方法组合而成的材料。
由于其复杂的组成结构，复合材料的力学特性与金属类材料有很大的差异。
主要表现在以下方面：1. 各向异性复合材料由于其随机堆积的纤维，导致其各向异性的特性明显。
在不同的方向下，其力学性能会有不同的变化。
2. 前向球性复合材料的前向球性表示在纤维层的合成过程中，由于操作失误或其他原因导致其相互之间的位置偏移，从而形成不均匀的结构。
这也是导致各向异性的一个原因。
3. 薄层状结构复合材料的复杂结构形成了一种薄层状的结构，这种结构是由各种不同类型材料组成的3D结构体。
复合材料的这种独特结构使其在随意弯曲和受力时表现出了很强的强度和刚度，成为了代替传统材料的新选择。
二、复合材料的力学试验方法在研究复合材料的力学特性时需要进行力学试验，以获得复合材料力学性能参数。
在复合材料的力学试验中，需要选取合适的试样，考虑到复合材料各向异性的特性，需要选择不同的试样形式和加载方向。
目前，常用的复合材料力学试验方法主要有以下几种：1. 拉伸试验拉伸试验是测量材料拉伸应力、拉伸应变的试验。
在拉伸应力-应变曲线中，可以得到杨氏模数、拉伸强度等材料强度参数。
在复合材料中，需要考虑其各向异性，选择合适的载荷方向和试验条件。
2. 剪切试验剪切试验是测量材料剪切应力、剪切应变的试验。
在复合材料的剪切试验中，需要考虑热应力、交叉连接等因素对复合材料剪切力学特性的影响。
3. 弯曲试验弯曲试验是测量材料弯曲应力、弯曲应变的试验。
在复合材料弯曲试验中，需要考虑其各向异性特性，选择不同的载荷方向和试验条件。
碳纤维玻璃纤维石墨协同改性PTFE复合材料力学性能
（Ｙ一氨丙基一三乙氧基硅烷）。无水乙醇为市售分析纯。 玻纤和碳纤维经ＫＨ－５５０硅烷偶联剂处理后，干
燥备用。将称量好的ＰｒＦＥ和填料于高速混合机中混
合均匀，其中石墨、玻纤和碳纤维总添加量为３０％ （质量分数，下同），冷压成型后，空气气氛中３８０℃ 烧结成型。 １．２仪器
测试仪器包括济南时代试金仪器有限公司的 ｗＤｗ—１０型微机控制电子万能试验机；承德试验机有 限责任公司的）【Ｊ－５０ｚ型组合式冲击试验机；上海材 料试验机厂的ｘＨＲ·１５０型塑料洛氏硬度计等。 ２结果及讨论
ｆｉｂｅ碍，ｇｌ嬲８
ｈｉｇｈ ｔｅｎｓｉｌｅ ８ｎｅｎｇｔｉｌ，ｅｌ∞ｔｉｃ ｍｏｄ－
ｆｍｃｔｕｒｅ．ｎｅ咖 ｔＩｌｕ８，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ砒ｂ托ａｌ【，ａＩｌｄ ｈｉｇＩｌｅｒ ｃｏｍｐｒｅｓ８ｉｖｅ ８ｔｒｅｎｇｔ｝Ｉ．ｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｈ鹪ｃｈａｍｃｔ耐ｓｔｉｃ ｏｆ ｐｌａｓｔｉｃｉｔ）ｒ
转 含化１０为％脆石性爨材的料复，合其材加料工断性裂能恶伸化长、率使仅用次寿予命纯缩唧短，。
说明填充少量石墨不影响Ｐ１盹复合材料的拉伸韧
性。 随着玻纾含量酶增粕，复合耪辩豹弹援模量逐渐
增加，并且相同含量石墨增强复合材料的弹性模量要 明显大予玻纤增强复合材料。石墨和玻纤协同增强复 合材料Ｅ的弹性模量最大。玻纤填充胛聪使复合材 料硬度以及弹性摸量等参数提高，使碍毒季辩昀溅蠖秘 脆性增搬，鞭两断裂律长率降低。石墨填充使复合榜 料硬度下降，并不增加材料的刚性和脆性，因此尽管 复合材料弹性模量增加，断裂伸长率却比玻纤填充的 复合材料要离出许多倍。
玻纤的加入，复合材料拉伸强度迅速下降，试验 中发现玻纤含量达到５％后，拉伸强度下降趋势变 缓，玻纤含量增加到２０％后，下降的幅度开始加大。
复合材料的混合加工、成型实验
复合材料的混合加工、成型实验一、实验目的和要求1.了解转矩流变仪的结构与测定聚合物流变性能的原理。
2.熟悉转矩流变仪法测定聚合物流变性能的方法，包括混合、挤出加工（造粒）过程。
3.掌握颗粒/聚合物复合材料的密炼、成型工艺过程。
4.掌握复合材料力学性能测试过程。
二、实验仪器与原料XSS-300转矩流变仪；平板硫化仪；造粒机；万能仪；低密度聚乙烯（LDPE）、（LDPE：熔点132-135o C；LDPE：熔点小于112o C；分解温度：大于380o C）；无机粉体（颗粒）：氢氧化铝等；三、实验内容1. 转矩流变仪混合加工实验（1）实验原理高分子材料的成型过程，如塑料的压制、压延、挤出、注塑等工艺，化纤纺丝，橡胶加工等过程，都是利用高分子材料熔体的塑化特性进行的。
熔体受力作用，表现有流动和变形，而且这种流动和变形行为强烈地依赖材料结构和外界条件，高分子材料的这种性质称为流变行为（即流变性）。
测定高分子材料熔体流变性质的仪器很多，转矩流变仪是其中的一种。
它由微机控制、混合装置（挤出机、混合器）等组成。
测量时，被测试物料放入混合装置中，动力系统对混合装置外部进行加热并驱使混合装置的混合元件（螺杆、转子）转动，微处理机按照测试条件给予给定值，保证转矩流变仪在实验控制条件下工作。
物料受混合元件的混炼、剪切作用以及摩擦热、外部加热作用，发生一系列的物理、化学变化。
在不同的变化状态下，测试出物料对转动元件产生的阻力转矩、物料热量、压力等参数。
微处理机再将物料的时间、转矩、熔体温度、熔体压力、转速等测量数据进行处理，得出图形式的实验结果。
利用转矩流变仪可以测量高分子材料在凝胶、熔融、交联、固化、发泡、分解等作用状态下的塑化曲线，如转矩－时间曲线、温度－时间曲线以及转矩－转速曲线，以此了解成型加工过程中的流变行为及其规律。
还可以对不同塑料的挤出成型过程进行研究，探索原材料与成型工艺、设备间的影响关系。
所以，测量塑料熔体的塑化曲线，对于成型工艺的合理选择，正确操作，优化控制，获得优质、高效、低耗的制品以及制造成型工艺装备提供必要的设计参数等，都具有重要的意义。
复合材料实验报告
复合材料实验报告复合材料实验报告引言：复合材料是由两种或更多种材料组成的材料，通过它们的组合可以实现独特的性能和特点。
在本实验中，我们将研究一种常见的复合材料——碳纤维增强塑料（CFRP），并评估其力学性能。
实验目的：1. 了解碳纤维增强塑料的组成和制备方法；2. 测量碳纤维增强塑料的强度和刚度；3. 分析碳纤维增强塑料与传统材料的差异。
实验步骤：1. 准备工作：a. 收集所需材料和设备，包括碳纤维布、环氧树脂、模具、压力机等；b. 清洁工作台和实验器材，确保实验环境卫生；c. 穿戴个人防护装备，如手套、安全眼镜等。
2. 制备样品：a. 将碳纤维布剪成所需形状，放入模具中；b. 按照一定比例混合环氧树脂和固化剂，搅拌均匀；c. 将混合物倒入模具中，确保碳纤维布完全浸润；d. 使用压力机对模具进行压实，以确保样品的致密性。
3. 测试样品：a. 将制备好的样品切割成标准尺寸；b. 使用万能试验机进行拉伸测试，记录强度和伸长率；c. 使用压缩试验机进行压缩测试，记录强度和应变。
4. 数据分析：a. 比较碳纤维增强塑料与传统材料（如金属和塑料）的强度和刚度；b. 分析碳纤维增强塑料的断裂模式和破坏机理；c. 探讨碳纤维增强塑料在不同应力条件下的性能表现。
实验结果：通过实验测量和数据分析，我们得出以下结论：1. 碳纤维增强塑料具有较高的强度和刚度，远远超过传统材料；2. 碳纤维增强塑料的断裂模式主要是纤维断裂和界面剥离；3. 碳纤维增强塑料在拉伸和压缩条件下表现出不同的性能。
讨论与展望：本实验主要研究了碳纤维增强塑料的力学性能，但还有许多其他方面的研究可以开展。
例如，可以进一步探索不同纤维方向和含量对材料性能的影响，以及优化制备工艺来提高材料的性能。
此外，还可以研究碳纤维增强塑料在不同温度和湿度条件下的性能变化，以评估其在实际应用中的可靠性。
结论：通过本实验，我们深入了解了碳纤维增强塑料的制备方法和力学性能。
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。
复合材料的力学分析
复合材料的力学分析引言复合材料是由两种或更多种材料组成的材料，通过将它们组合在一起来获得新的材料特性。
它们在航空航天、汽车工业、建筑和体育器材等领域得到广泛应用。
由于复合材料具有高强度、高刚度和低重量等优点，因此分析和了解复合材料的力学性能至关重要。
复合材料的组成及结构复合材料通常由两个主要成分组成：增强体和基体。
增强体可以是纤维、微粒或纤维布，而基体可以是金属、陶瓷或聚合物。
这两种成分通过一种称为矩阵的粘合剂结合在一起。
根据增强体的类型和排列方式的不同，复合材料可以分为各种类型，如纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料和层合板复合材料等。
复合材料的力学行为复合材料的力学行为主要受到其组成材料及其排列方式的影响。
相对于单一材料，复合材料的力学性能具有以下特点：强度复合材料通常具有比单一材料更高的强度，这是由于增强体的存在。
纤维增强复合材料的强度通常取决于纤维的类型和排列方式。
微粒增强复合材料的强度与微粒的形状、大小和分布有关。
刚度由于增强体的高强度和高刚度，复合材料通常具有比单一材料更高的刚度。
复合材料的刚度取决于增强体的类型、体积分数以及增强体和基体之间的界面特性。
疲劳寿命复合材料的疲劳寿命与其增强体类型、触变行为以及界面特性有关。
在复合材料中，增强体和基体之间的应力转移不同于金属材料，可能导致剪切和剥离等破坏模式。
断裂韧性复合材料通常具有较低的断裂韧性，这是由于增强体和基体之间的界面层的弱点。
增强体与基体之间的界面层容易出现剥离和裂纹扩展。
复合材料的力学分析方法复合材料的力学分析方法可以分为实验方法和数值模拟方法。
实验方法实验方法是研究复合材料力学行为的重要手段之一。
常用的实验方法包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验和剪切试验等。
这些实验可以用于测量材料的强度、刚度、疲劳寿命和断裂韧性等力学特性。
数值模拟方法数值模拟方法通过建立复合材料的数学模型来预测其力学性能。
常用的数值模拟方法包括有限元分析和分子动力学模拟等。
复合材料力学
01
有限差分法是一种直接求解偏微分方程的数值方法。
02
该方法通过将微分转化为差分来离散化偏微分方程，然后在 离散化的网格上直接求解该方程。
03
在复合材料力学中，有限差分法常用于分析复合材料的热传 导、波传播等问题。
其他数谱分析、 摄动法、离散元素法等。
02
这些方法在复合材料力学中也有 一定的应用，特别是在某些特殊 问题的求解中。
02
复合材料的力学性能
复合材料的弹性模量
弹性模量
复合材料的弹性模量取决于其组 成材料的弹性模量和纤维方向。 通常情况下，复合材料的弹性模 量高于其组成材料的弹性模量。
纤维方向效应
复合材料的弹性模量在不同纤维方 向上存在差异，表现出各向异性。
增强效果
通过合理选择增强材料和优化复合 材料的结构，可以提高复合材料的 弹性模量。
有限元分析方法
有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，用于解决复杂的工程问题，特别是关于 结构强度、刚度、稳定性等问题。
FEA将复杂的结构分解为若干个简单的子结构，称为“有限元”，然后对每个有限 元进行分析，最后将各个有限元的解组合起来得到整个结构的解。
有限元分析方法在复合材料力学中广泛应用于预测和评估复合材料的力学性能，包 括应力、应变、位移等。
05
复合材料力学的实验研究
复合材料力学性能的实验测试
拉伸测试
压缩测试
通过拉伸实验测定复合材料的弹性模量、 泊松比和抗拉强度等参数，以评估其在轴 向拉伸载荷下的性能表现。
压缩实验用于测定复合材料的抗压强度、 弹性模量和泊松比等参数，以评估其在轴 向压缩载荷下的性能表现。
弯曲测试
剪切测试
弯曲实验用于测定复合材料的抗弯强度、 弹性模量和挠曲模量等参数，以评估其在 弯曲载荷下的性能表现。
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复合材料力学与结构设计
实验报告
专业：复合材料
组队：第一组
姓名：郑勇斌
学号：4203090107
中南大学航空航天学院
实验一 单层复合材料拉伸强度测定
1． 目的
掌握单层复合材料拉伸强度的测定方法并了解其各向异性强度特性。
2． 内容、方法
要求试件两端用金属片或玻璃片加固，加强片厚度1~2mm ，采用粘接剂粘接，要求在实验过程中加强片不脱落。
试件尺寸规定见表1。
不同纤维方向的时间尺寸是不同的，试件形状如图1所示。
表1 拉伸试件尺寸（单位mm ）
符号 名称 尺寸
L 总长 250 L 1 端部加强片间距 150± 5 L 2 端部加强片长度 50 b 中间平行段宽度
25±0.5 t
厚度
2~10
L
b
t
L 1
L 2
图1 拉伸试件形状示意图
用0o 试件，尺寸按照表1，采用材料试验机加载，由试验机画出载荷-夹头位移曲线，用引伸计或电阻应变片测量ε1，ε2，并求出破坏时最大载荷。
由下列公式计算强度E 1，X t ，v 21。
用引伸计或电阻应变片测量ε1，ε2。
测定E 1，X t ，v 21
的计算公式如下：
1
2112111,,L t P P E X bt bt
ενεε=
=-= 式中，b 为试件的宽度，t 为试件的厚度，P 1为1方向的载荷，P L1为1方向极限载荷，1ε，
2ε分别为1，2方向的应变。
0o 拉伸试验分别如图2所示。
图2 拉伸试验曲线
3． 报告要求
（1） 说明实验方法和步骤、试件材料。
答：实验方法：
实验步骤：1、准备阶段. 画夹持线25mm-30mm ；用丙酮处理应变片；多次，不同部位量取工作区的长度，厚度，宽度，取平均值；将应变片贴在式样的中部，并使其不留下气泡；焊锡处理端片，将应变片角线焊在端片上；将导线与角线相连，剪除多余的角线。
2.实验阶段。
将试样夹在检测仪器上；将做好的另一只板连接到应变器上作为补偿；将导线与应变器相连；电脑检测连接情况；清零；开始。
记录阶段：记录实验数据，讨论。
试件的材料：单层板+层合板。
（2） 记录载荷—位移曲线，纵向应变、横向应变、极
由图可知纵向应变ε1=12.732/192=0.06631，极限载荷为p1=3.267kn ，
由图可知拟合直线的斜率近似于-0.0776,即泊松比v21=-0.0776. 已
知
12
1
12111,,L t P P E X bt bt
ενεε=
=-=；
计算得：
E1=3.264*1000*1000*1000/0.06631/25.03/1.09=1.45Gpa ε2=v21*ε1=-0.0776*0.06631=0.00508
Xt=Pl1/(bt)=3.267*1000*1000*1000/25.19/1.35=93.4Mpa
（3） 讨论分析。
单层板受力拉伸时，首先产生弹性应变，载荷与位移关系近似线性关系，随着载荷的进一步增大，发生塑性应变，最后发生破坏，载荷瞬降为0，破裂时的载荷为单层板的极限载荷。