复合材料力学第11章
单根纤维在y方向屈曲时位移v用三角级数表示为
（1）拉伸型式 经过推导可得，纤维受压时的最小临界应力为：
复合材料最大应力为：
与纤维相比基体基本不受力，即
，则可得：
（2）剪切型式 经过推导，
2.横向拉裂理论 横向破坏应变比基体破坏应变小，有经验关系式：
即得 11.3.3 横向拉伸强度
11.3.5 面内剪切强度S 面内剪切破坏是由基体和界面剪切损坏引起。面内剪切强度S可用 下式表示：
1.等强度分析的纤维
假定纤维应变等于基体应变，则复合材料 的强度为 如果复合材料拉伸强度大于单纯基体强度， 则纤维起增强作用必须超过的临界 值为
实用的最小 值为：
由于纤维实际上有随机性缺陷，总有不同断裂强度，也不会断在同 一地方，因此应用统计理论来预测复合材料强度更加合理。
2.统计强度分布的纤维
得 可用无量纲化表示为
几何方程为
物理关系为
综合得
静力平衡条件为
几何方程为 物理关系为
将上述方程综合得
11.3 强度的材料力学分析方法
单层复合材料的强度包括：纤维方向（纵向）的拉伸强度和压缩强 度、横向拉伸强度和压缩强度、剪切强度来自11.3.1 纵向拉伸强度
单向纤维增强复合材料的变形： （1）纤维和基体都是弹性变形； （2）基体发生塑性变形，纤维继续弹性变形； （3）纤维和基体都处于塑性变形； （4）纤维断裂或基体开裂导致复合材料破坏；
应用统计理论分析，Rosen得出下式：
式（11-8）用图11-12中纤维的应力应变直线表示，可得
由于
，因此有
纤维增强复合材料受纵向压缩时的破坏形式： （1）纤维或基体的屈曲失稳破坏 （2）纤维或基体的断裂或剪切破坏 1.纤维屈曲理论 采用柱状弹性基础模型，屈曲波长与纤维直径有关 纤维屈曲的形式：a.拉伸型式 b.剪切型式 屈曲准则方程为：
2. E的上限
11.6.2 精确解
1.E1的预测 经过推导
2. 的的预测
3.
11.6.3 接触时的弹性力学解
以后
11.6.4 Halpin-蔡方程
11.4.2 模量的预测
11.4.3 强度的预测
1.单向短纤维复合材料的混合律预测强度混合律公式
11.5 热膨胀的力学分析
11.5.1 纵向热膨胀系数 的预测
静力平衡条件为 变形条件为 物理条件为
可得
11.5.2 横向热膨胀系数
的预测
11.6 刚度的弹性力学分析方法
11.6.1 弹性力学的极值法 1. E的下限 经过推导得出：
第11章 单层复合材料的细观力学分析
陈继乐
11.1 引言
复合材料性能研究方法： 1.宏观力学：假定材料是均匀的，不考虑组分材料引起的不均匀性。 2.细观力学：研究组分材料的相互作用，认为复合材料内部是不均匀 的。
• 本章单层复合材料细观力学分析的主要目的： 1.用组分材料的弹性常数来预测复合材料的弹性常数或刚度、柔度。 2.用组分材料的强度来预测复合材料强度。
代入上式，并引入
，则
引进相对体积含量
，则得 （11-1）
用材料力学分析方法，假定纤维和基体承受相等的横向应力。因此纤维 和基体的横向应变分别是：
总横向变形为： 即得 由此得
（11-2）
实际上推导式（11-2）时，假设不完全合理，因为垂直于纤维和基 体边界面上的位移应相等，而按假设，纤维和基体边界面上的横向 应变是不同的，需要用其他方法来求得更符合实际的解。
11.4 短纤维复合材料的细观力学分析
11.4.1 应力传递理论
由图示可列出平衡条件： 化简为
积分得 化简为
剪应力分布未知，为求解，需对纤维的周围界面和末端材料变形作 假设： （1）纤维长度中点由对称条件得剪应力为零； （2）末端 （3）纤维周围基体是理想刚塑性体，应力-应变关系如图所示。 这样界面剪应力沿纤维长度是常数，其值为基体屈服应力 ，上式 变为：
细观力学分析中对复合材料的基本假设： 1.单层复合材料：线弹性、宏观均匀性、宏观正交各向异性、无初应力。 2.纤维：各向同性（或宏观各向同性）、均匀性、规则排列、线弹性、 完全成直线。 3.基体：均匀性、各向同性、线弹性。 4.在纤维或基体中或它们之间不存在空隙。
11.2 刚度的材料力学分析方法
将
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复合材料及其力学基础教材(61页)
24
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
25
绿可木，生态木塑复合材料， 复合材料（玻璃钢）制品 木塑复合材料吸音板
26
碳纤维/树脂复合材料
27
碳/碳复合材料
28
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤，矫正生理 机能，和帮助病人复原。
生物医学制品和以体育运动器材为主 的碳纤维复合材料制品
40
汽车发动机——耐磨，耐热，导热，一定的高温强度，价廉的 合金，如Al合金；
电子工业集成电路——高导热，低热膨胀材料，如银，铜，铝 等金属。
2）应注意金属基复合材料组成的特点 长纤维复合材料——纯或含有少量合金元素的合金，如纯铝或
铝合金（低强度）； 不连续增强复合材料——高强度合金。
41
12
Hale Waihona Puke 131415
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮
16
B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨
等复合材料构成，不易反射。
17
轻巧的碳/碳复合材料
18
全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱， 客舱内站立高度为1.65米。
19
目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而 某些直升机早已达到90%
35
4）硼纤维 拉伸强度>3.45GPa；密度2.4~2.6g/cm3；拉伸模量 400GPa
5）氧化铝纤维 拉伸强度1.7~2.0GPa；密度3.95g/cm3；拉伸模量 380GPa
6）碳化硅纤维 拉伸强度>3.35GPa；密度3.05g/cm3；拉伸模量400GPa
36
二、树脂基体
1、FRC树脂基体的基本要求
新型日光温室复合材料 温室骨架和纵拉杆全部采用复合材料制成
25
绿可木，生态木塑复合材料， 复合材料（玻璃钢）制品 木塑复合材料吸音板
26
碳纤维/树脂复合材料
27
碳/碳复合材料
28
生物医学制品和体育运动
复合材料被用来预防受伤，矫正生理 机能，和帮助病人复原。
生物医学制品和以体育运动器材为主 的碳纤维复合材料制品
40
汽车发动机——耐磨，耐热，导热，一定的高温强度，价廉的 合金，如Al合金；
电子工业集成电路——高导热，低热膨胀材料，如银，铜，铝 等金属。
2）应注意金属基复合材料组成的特点 长纤维复合材料——纯或含有少量合金元素的合金，如纯铝或
铝合金（低强度）； 不连续增强复合材料——高强度合金。
41
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Hale Waihona Puke 131415
GLARE蒙皮用于A380飞机的上机身蒙皮
16
B-2隐形轰炸机 除主体结构是钛复合材料外，其它部分均由碳纤维和石墨
等复合材料构成，不易反射。
17
轻巧的碳/碳复合材料
18
全复合材料机身：轻型机的价格，中型机的宽敞客舱， 客舱内站立高度为1.65米。
19
目前商用飞机上复合材料仅占全机重量的50%，而 某些直升机早已达到90%
35
4）硼纤维 拉伸强度>3.45GPa；密度2.4~2.6g/cm3；拉伸模量 400GPa
5）氧化铝纤维 拉伸强度1.7~2.0GPa；密度3.95g/cm3；拉伸模量 380GPa
6）碳化硅纤维 拉伸强度>3.35GPa；密度3.05g/cm3；拉伸模量400GPa
36
二、树脂基体
1、FRC树脂基体的基本要求
第十一章 复合材料
碳素（纤维， 粒料）
碳纤维增强 金属
增强陶瓷
陶瓷增玻 璃
增强水泥
碳纤维增强 碳复合材料
无
碳纤维增强 塑料
碳纤炭黑增 强橡胶
玻璃（纤维， 粒料） 木材 有 机 材 料
无
无
无
增强水泥
无
无
玻璃纤维增 强塑料 纤维板
玻璃纤维增 强橡胶 无
无
无
无
水泥木板 丝 增强水泥 无
无
无
高聚物纤维 橡胶胶粒
无 无
无 无
无 无
二、复合材料的性能特点
1、比强度和比模量高
比强度 材料的强度与其密度之比。
比模量 材料的模量与其密度之比。 材料的比强度或比模量越高，构件的自重就小，或者体积会 越小。通常，复合材料的复合结果是密度大大减小，高的比强 度和比模量是复合材料的突出性能特点。
气瓶
质 量 轻
玻璃钢充气船
小飞守角制作
头盔
玻璃纤维的特点是强度高，弹性模量低，密度小，比强度、 比模量高；化学稳定性好；不吸水、不燃烧、尺寸稳定、隔热、 吸声、绝缘等。缺点是脆性较大，耐热性低，250℃以上开始软化。 由于价格便宜，制作方便，是目前应用最多的增强纤维。
(2)碳纤维 碳纤维是人造纤维(粘胶纤维、聚丙烯腈纤维等)在200～300℃ 空气中加热并施加一定张力进行预氧化处理，然后在氮气的保护下， 在1000～1500℃的高温下进行碳化处理而制得。其含碳量可达 85%～95%。由于其具有高强度，因而称高强度碳纤维，也称Ⅱ型 碳纤维。 如果将碳纤维在2000～3000℃高温的氩气中进行石墨化处理， 就可获得含碳量为98%以上的碳纤维。这种碳纤维中的石墨晶体的 层面有规则地沿纤维方向排列，具有高的弹性模量，又称石墨纤维 或高模量碳纤维，也称Ⅰ型碳纤维。
复合材料力学
第九章复合材料力学材料力学的任务是研究均匀、各向同性材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律。
为合理设计构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。
自20世纪40年代开始，现代复合材料得到了飞速发展，这种由两种或两种以上组分材料复合而成的多相材料，其物理、化学、力学等性能，满足了任何单一材料都难以满足的性能要求。
然而，这种复合材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律已不同于像传统金属材料那样的规律，因此复合材料力学就是研究这种新型的材料在外力作用下的变形、受力和破坏规律，为合理设计复合材料构件提供有关强度、刚度和稳定性分析的基本理论和方法。
本章介绍的复合材料力学是以纤维和塑料组成的纤维增强复合材料为主要对象的，主要介绍连续纤维增强复合材料在外力作用下的变形、受力和破坏的规律。
9.1 各向异性体弹性力学基础传统的金属材料一般看作是各向同性体，通常在弹性范围内研究其变形和受力采用的是各向同性体弹性力学。
然而纤维增强复合材料最常用的是层合板结构形式，即由纤维和基体组成一种铺层（或称单层），并以不同方向层合而成一种多向层合板（如果同一种铺层都处于同一方向称为单向层合板）。
这种层合板成为复合材料结构件的基本单元，而铺层是层合板的基本单元。
因此本章介绍复合材料的刚度与强度，是从介绍铺层的刚度与强度开始，然后介绍多向层合板的刚度和强度。
铺层是由无纬布或交织布经预浸胶处理并按实际结构件的形状及构成多向层合板所规定的方向进行铺设，然后加温（或常温）固化制成。
所以铺层、层合板和复合材料结构件是一次完成的一般的铺层（无论是无纬布或交织布形成的）是正交各向异性的，即具有两个相互垂直的弹性对称面。
因此复合材料不同于金属材料，它具有各向异性的弹性特性，为此首先要对各向异性体弹性力学作一简要介绍。
各向异性体弹性力学与各向同性体弹性力学的主要差别，仅在于应力-应变关系的不同，而解决弹性力学问题还需涉及的平衡方程、几何方程、协调方程和边界条件等，则完全相同。
复合材料力学性能
23
9.1.4环境条件对复合材料性能的影响
复合材料都是在一定的环境条件下使用的，因此了解 在各种环境条件下材料性能的变化是重要的。这些环境 条件如暴露于水，水蒸气或腐蚀性介质中，低温和高温 及进行长期物理和化学稳定性试验的各种条件等。一般 来讲，在这些不利的环境条件下，复合材料的性能要降 低。这是由于环境因素影响了纤维、基体材料和界面的 性能。
降低界面强度可使大范围脱胶或分层，从而增加冲 击能。 所以弱界面的拉伸强度比较低，但冲击强度比较高。
9
4）纤维拔出
当脆性的或不连续的纤维嵌于韧性基体 中时，会发生纤维拔出。
纤维断裂在其本身的薄弱横截面上，这个 截面不一定与复合材料断裂面重合。纤维断 裂在基体中引起的应力集中因基体屈服而得 到缓和，因此阻止了基体裂纹。在这种情况 下，断裂以纤维从基体中拔出的破坏方式进 行。
4
复合材料的破坏可以认为是从材料中固有 的小缺陷发源的。例如，有缺陷的纤维， 基体与纤维界面处的缺陷和界面不良反应 物等。在形成的裂纹尖端及其附近，有可 能以发生纤维断裂、基体变形和开裂、纤 维与基体分离（纤维脱粘）、纤维拔出等 模式破坏。现分述如下。
5
纤维复合材料中裂纹尖模型
6
分别讨论各种破坏机理。
25
2）基体效应
（1）在高温条件下老化。 一般来讲，有机高分子材料在高温下是不稳定的，且经 历一个由热裂解引起的化学衰变过程。如果裂解反应持续足 够长时间，或是反应的非常快，材料就会发生本质的破坏， 以至基体材料分解成气体挥发。这种激烈的裂解反应严重影 响复合材料的完整性，且限制复合材料的使用温度。温度与 时间是影响裂解过程的两个参数。基体的分解会导致复合材 料刚度和强度大大下降。可见，复合材料的最高使用温度通 常是由基体的热稳定性所支配的。
复合材料的力学性能
18
3
三、复合材料的性能特点
1、高比强度、比弹性模量； 2、各向异性； 3、抗疲劳性能好； 4、减振性能好； 5、可设计性强。
4
四、结构设计原理
1、层次结构 一次结构（单层），不产生新相； 二次结构（铺层）有新相产生；能较好地过 渡； 三次结构（多层）形成多个铺层。 2、连续纤维与非连续纤维增强 连续纤维增强 方向性明显，性能受纤维的 粗细、数量、排列的影响。 非连续纤维增强 纤维的长度与直径之比 L/d，提高剪切强度。 返回
1 Vf Vm I: 1 Gc G f Gm (式11 - 20) 上限 下限
II II： GC G f Vf G m Vm (式11 - 26) II 合 成：G c (1 c )G 1 CG c C (式11 - 27)
9
4、泊松比υ
纵向泊松比
LT
横向泊松比
2
二、材料复合的物理冶金基础
1、界面与界面反应
界面上反应热力学与动力学： 相应温度下反应的可能性；反应常数；反应速度常数。 固溶与化合反应： 原子扩散，形成浓度不同的固溶体；新化合物。 过渡层的出现：
2、强化理论
第二相强化、弥散强化；形变带强化。 断裂及其机理： 裂纹的萌生及扩展；断裂。 聚合强度的作用。
14
二、弹性模量
弹性模量计算公式(式11-61）（式11-62）（式11-63）
三、强度
按混合定律计算。 用纤维的平均应力代替（11-39）中的纤维抗拉强度。 返回
15
§11.4 复合材料的断裂、冲击和疲劳
一、断裂
1、损伤累积机理 裂纹萌生：缺陷处 扩展： 2、非累积损伤机理 ①接力破坏 ②脆性粘接断裂机理 ③最薄弱环节破坏机理 3、复合材料的破坏形式 ①纤维断裂 ②基体变形和开裂 ③纤维脱胶 ④纤维拨出
第11章复合材料层合板的强度分析
第11章 复合材料层合板的强度力分析复合材料层合板中单层板的铺叠方式有多种，每一种方式对应一种新的结构形式与材料性能。
层合板的应力状态也可以是无数种，因此各种不同应力状态下层合板的强度不可能靠实验来确定．只能通过建立一定的强度理论，将层合板的应力和基本强度联系起来。
由于层合板中各层应力不同，应力高的单层板先发生破坏，于是可以通过逐层破坏的方式确定层合板的强度。
因此，复合材料层合板的强度是建立在单层板强度理论基础上的。
另外，由层合板的刚度特性和内力可以计算出层合板各单层板的材料主方向上的应力。
这样就可以采取和研究各向同性材料强度相同的方法，根据单层板的应力状态和破坏模式，建立单层板在材料主方向坐标系下的强度准则。
本章主要介绍单层板的基本力学性能、单层板的强度失效准则，以及层合板的强度分析方法。
§11.1单层板的力学性能由层合板的结构可知，层合板是若干单向纤维增强的单层板按一定规律组合而成的。
当纤维和基体的性质、体积含量确定后，单层板材料主方向的强度与和其工程弹性常数一样，是可以通过实验唯一确定的。
11.1.1单层板的基本刚度与强度材料主方向坐标系下的正交各向异性单层板，具有4个独立的工程弹性常数，分别表示为：纤维方向（方向1）的杨氏模量1E ，垂直纤维方向（方向2）的杨氏模量2E ，面内剪切模量12G ；另外，还有两个泊松比2112,νν，但它们两个 不是独立的。
这4个独立弹性常数表示正交各向异性单层板的刚度。
单层板的基本强度也具有各向异性，沿纤维方向的拉伸强度比垂直于纤维方向的强度要高。
另外，同一主方向的拉伸和压缩的破坏模式不同，强度也往往不同，所以单层板在材料主方向坐标系下的强度指标共有5个，称为单层板的基本强度指标，分别表示为：纵向拉伸强度X t (沿纤维方向)，纵向压缩强度X c (沿纤维方向)，横向拉伸强度Y t (垂直纤维方向)，横向压缩强度Y c (垂直纤维方向)，面内剪切强度S (在板平面内)。
汽车机械基础课件 第11章 非金属材料
2024/9/2
2024/9/2
汽车机械基础
a ) 方向盘及仪表盘图
2024/9/2
b )汽车内饰
汽车机械基础
c )汽车前保险杠罩
d)车灯
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.1.2 橡胶
• 橡胶是具有高弹性的有机高分子材料。 • 具有高的弹性，优良有伸缩性能，优异的吸振性和绝缘
性，以及良好的耐磨性、隔音性和电绝缘能力，所以用 途极广；橡胶的主要缺点是易于老化。 • 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。 • 在机械工业和汽车工业中，橡胶的用途有： （1）动、静密封件，如旋转轴密封、管道接口密封； （2）减振防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧； （3）传动件，如三角皮带； （4）运输胶带、管道； （5）电线、电缆和电工绝缘材料； （6）各种轮胎。
本低广泛用于日用品和农用的塑料。主要品种有聚乙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、酚醛塑料等。 它们的产量约占塑料总产量的3/4以上。 • 工程塑料是工程结构和设备中应用的塑料。一般强度、 刚度和韧性较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，绝缘性 能良好，因而能代替金属制作某些机械结构件。这类塑 料主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、ABS塑 料等四种。在实际应用中，工程塑料和通用塑料并没有 严格的界限。
2024/9/2
汽车机械基础
2024/9/2
a)车用皮带
b)车用密封圈
汽车机械基础
11.2 陶瓷材料
• 11.2.1 陶瓷的分类 • 11.2.2 陶瓷的性能及用途
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.2.1 陶瓷的分类
• 陶瓷按成分和用途，可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属 陶瓷三大类。
2024/9/2
汽车机械基础
a ) 方向盘及仪表盘图
2024/9/2
b )汽车内饰
汽车机械基础
c )汽车前保险杠罩
d)车灯
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.1.2 橡胶
• 橡胶是具有高弹性的有机高分子材料。 • 具有高的弹性，优良有伸缩性能，优异的吸振性和绝缘
性，以及良好的耐磨性、隔音性和电绝缘能力，所以用 途极广；橡胶的主要缺点是易于老化。 • 橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。 • 在机械工业和汽车工业中，橡胶的用途有： （1）动、静密封件，如旋转轴密封、管道接口密封； （2）减振防振件，如机座减振垫片、汽车底盘橡胶弹簧； （3）传动件，如三角皮带； （4）运输胶带、管道； （5）电线、电缆和电工绝缘材料； （6）各种轮胎。
本低广泛用于日用品和农用的塑料。主要品种有聚乙烯、 聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、酚醛塑料等。 它们的产量约占塑料总产量的3/4以上。 • 工程塑料是工程结构和设备中应用的塑料。一般强度、 刚度和韧性较好，且耐高温、耐辐射、耐腐蚀，绝缘性 能良好，因而能代替金属制作某些机械结构件。这类塑 料主要有聚甲醛、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸脂、ABS塑 料等四种。在实际应用中，工程塑料和通用塑料并没有 严格的界限。
2024/9/2
汽车机械基础
2024/9/2
a)车用皮带
b)车用密封圈
汽车机械基础
11.2 陶瓷材料
• 11.2.1 陶瓷的分类 • 11.2.2 陶瓷的性能及用途
2024/9/2
汽车机械基础
• 11.2.1 陶瓷的分类
• 陶瓷按成分和用途，可分为普通陶瓷、特种陶瓷和金属 陶瓷三大类。
复合材料力学性能测试方案
复合材料疲劳性能测试的应用
航空航天领域
测试材料在复杂的 载荷条件下的疲劳
性能
海洋工程
测试材料在海洋环 境下的疲劳性能
公路桥梁工程
测试材料在长期载 荷作用下的疲劳性
能
● 04
第4章 复合材料环境适应性 测试方案
环境适应性测试的意义
环境适应性是指材料或产品在各种环境条件下的适应能力。 环境适应性测试的主要目的是为了评估产品在复杂的外部环 境因素影响下的稳定性和可靠性。
疲劳性能测试的注意事项
试验条件选择
选择合适的疲劳加载方式 选择合适的载荷频率 选择合适的载荷幅值
试验结果判定标准
根据材料的使用环境和使用要 求制定相应的标准 评估材料的疲劳性能是否满足 标准要求
试验数据处理方法
对试验得到的数据进行分析处 理 绘制疲劳曲线和Wohler曲线等 图表 评估材料的疲劳性能
剪切试验需要使用专门的剪切 试验机和夹具，且试样尺寸和 形状需符合标准 试验过程中应注意安全，避免 误操作导致事故 试验过程中需要控制试验环境 的温度、湿度等因素，以避免 对试验结果的影响
结尾
以上介绍了复合材料在不同状态下的力学性能测试方法，这 些测试方法是评价复合材料力学性能的重要手段。希望本文 可以对复合材料的研究和应用提供一些参考。
环境适应性测试的分类
原子氧辐照测 试
原子氧辐照测试主 要用于模拟低轨道 卫星的空间环境
热水循环测试
热水循环测试主要 用于评估产品在高 温、高湿环境下的
稳定性
盐水喷淋测试
盐水喷淋测试主要 用于评估产品在海 洋环境下的耐腐蚀
性
氧气辐照测试
氧气辐照测试主要 用于评估产品在高 空气候下的稳定性
第十一章复合材料的力学性能.
8/9/2021
21
在第I阶段，纤维和基体都处于弹性变形状态，复合 材料也处于弹性变形状态，且
8/9/2021
22
8/9/2021
23
复合材料进入变形第II阶段时，纤维仍处于弹性状态， 但基体已产生塑性变形，此时复合材料的应力为：
由于载荷主要由纤维承担，所以随着变形的增加，纤 维载荷增加较快，当达到纤维抗拉强度时，纤维破断， 此时基体不能支持整个复合材料载荷，复合材料随之 破坏。
（2）剪切型 纤维之间同向弯曲，基体
主要产生剪切变形，这种 屈曲模式较为常见。
8/9/2021
27
复合材料沿纤维方向受压时，可以认为纤维在基体内的 承力形式像弹性杆。
假设基体仅提供横向支持，载荷由纤维均摊，复合材料 的抗压强度由纤维在基体内的微屈曲临界应力控制。
将单向纤维复合材料简化成纤维和基体薄片相间粘接的 纵向受压杆件，当外载荷增至一定值后，纤维开始失稳， 产生屈曲。
纤维复合材料的比模量大，因而它的自振频率很高，在加载 速率下不容易出现因共振而快速断裂的现象。
同时复合材料中存在大量纤维，与基体的界面，由于界面对 振动有反射和吸收作用，所以复合材料的振动阻尼强，即使 激起振动也会很快衰减。
(5) 可设计性强
通过改变纤维、基体的种类和相对含量，纤维集合形式及排 布方式等可满足复合材料结构和性能的设计要求。
第十一章 复合材料的力学性能
8/9/2021
1
20世纪60年代以来，航天、航空、电子、汽车等高技术领 域的迅速发展，对材料性能的要求日益提高，单一的金属、 陶瓷、高分子材料已难以满足迅速增长的性能要求。
为了克服单一材料性能上的局限性，人们越来越多的根据 构件的性能要求和工况条件，选择两种或两种以上化学、 物理性质不同的材料，按一定的方式、比例、分布组合成 复合材料，使其具有单一材料所无法达到的特殊性能或综 合性能。
第十一章 聚合物的力学性能
高 分 子 化 学 及 物 理
第 十 一 章
聚合物的力学性能
第 11章
聚合物的力学性能
聚 合 物 的 力学 性 能
聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，即材料在外力作 用下的形变及破坏特性，如形变大小、形变的可逆性及抗破损 性能等，这些响应可用一些基本的指标来表征。
11.１ 表征力学性能的基本物理量 （1）应变与应力
理想弹性体（如弹簧）在外力作用下平衡形变瞬间达 到，与时间无关；理想粘性流体（如水）在外力作用下形变 随时间线性发展。
聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，两
者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，聚合物
的这种性能称为粘弹性。
聚合物的力学性能随时间的变化统称为力学松弛。
最基本的力学松弛现象包括蠕变、应力松弛、滞后和
在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向 施加拉伸负荷，直至试样被拉断。
P
宽度b
厚度d
P
试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为抗张 强度t： t = P / b • d
（ii）抗弯强度 也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的试 验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。 设试验过程中最大的负荷为P，则抗弯强度f为： f = 1.5Pl0 / bd2
强迫高弹形变产生的原因 原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结 的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。 但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再 运动，形变也就得不到恢复原，只有当温度升至Tg附近， 使链段运动解冻，形变才能复原。这种大形变与高弹态的 高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。 根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态 聚合物的应力-应变曲线大致分为六类：
第 十 一 章
聚合物的力学性能
第 11章
聚合物的力学性能
聚 合 物 的 力学 性 能
聚合物的力学性能指的是其受力后的响应，即材料在外力作 用下的形变及破坏特性，如形变大小、形变的可逆性及抗破损 性能等，这些响应可用一些基本的指标来表征。
11.１ 表征力学性能的基本物理量 （1）应变与应力
理想弹性体（如弹簧）在外力作用下平衡形变瞬间达 到，与时间无关；理想粘性流体（如水）在外力作用下形变 随时间线性发展。
聚合物的形变与时间有关，但不成线性关系，两
者的关系介乎理想弹性体和理想粘性体之间，聚合物
的这种性能称为粘弹性。
聚合物的力学性能随时间的变化统称为力学松弛。
最基本的力学松弛现象包括蠕变、应力松弛、滞后和
在规定试验温度、湿度和实验速度下，在标准试样上沿轴向 施加拉伸负荷，直至试样被拉断。
P
宽度b
厚度d
P
试样断裂前所受的最大负荷P与试样横截面积之比为抗张 强度t： t = P / b • d
（ii）抗弯强度 也称挠曲强度或弯曲强度。抗弯强度的测定是在规定的试 验条件下，对标准试样施加一静止弯曲力矩，直至试样断裂。 设试验过程中最大的负荷为P，则抗弯强度f为： f = 1.5Pl0 / bd2
强迫高弹形变产生的原因 原因在于在外力的作用下，玻璃态聚合物中本来被冻结 的链段被强迫运动，使高分子链发生伸展，产生大的形变。 但由于聚合物仍处于玻璃态，当外力移去后，链段不能再 运动，形变也就得不到恢复原，只有当温度升至Tg附近， 使链段运动解冻，形变才能复原。这种大形变与高弹态的 高弹形变在本质上是相同的，都是由链段运动所引起。 根据材料的力学性能及其应力-应变曲线特征，可将非晶态 聚合物的应力-应变曲线大致分为六类：