复合材料-第六章
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第六章复合材料mme06

6.4.1 金属陶瓷
一、组成及分类
金属陶瓷是金属(通常为钛、镍、钴、铬等及其合金) 和陶瓷(通常为氧化物、碳化物、硼化物和氮化物 等)组成的非均质材料,是颗粒增强型的复合材料。 金属和陶瓷按不同配比组成工具材料(陶瓷为主)、 高温结构材料(金属为主)和特殊性能材料。 二、性能及应用 ●氧化物金属陶瓷 ---多以钴或镍作为粘接金属,热 稳定性和抗氧化能力较好,韧性高。
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。 二、抗疲劳性能和抗断裂性能
1. 很好的抗疲劳性能
●复合材料中的纤维缺陷少,本身抗疲劳能力高;
●基体的塑性和韧性好,能够消除或减少应力集中,不易产生 微裂纹; ●塑性变形的存在又使微裂纹产生钝化而减缓了其扩展。
例如:碳纤维增强树脂的疲劳强度为拉伸强度的 70%~ 80%,一般金属材料却仅为30%~50%。 2. 抗断裂能力好 基体中有大量细小纤维,较大载荷下部分纤维断裂 时载荷由韧性好的基体重新分配到未断裂纤维上, 构件不会瞬间失去承载能力而断裂。
6.3.3 碳基复合材料
• 一、组成及特点---碳基复合材料是碳纤维及其制品(如
碳毡)增强的碳基复合材料。
●具有许多碳和石墨的特点,如密度小、导热性 高、膨胀系数低以及对热冲击不敏感; ●具有优越的机械性能:强度和冲击韧性比石墨高5 ~10倍,比强度非常高;随温度升高强度升高;断裂 韧性高、蠕变低; ●化学稳定性高,耐磨性极好, 是耐温最高的高温复合材料 (达2800℃)。
●自动控温开关
由温度膨胀系数不同的黄铜片和铁片复合而成的,如果单 用黄铜或铁片,不可能达到自动控温的目的。导电的铜片 两边加上两片隔热、隔电塑料,可实现一定方向导电、另 外方向绝缘及隔热的双重功能。
第六章复合材料表界面的分析表征

A. 接枝聚丙烯酰胺碳纤维; B. 接枝聚丙烯酸 碳纤维; C. 氧等离子处理碳纤维; D. 未处理 碳纤维
41
不同处理碳纤维增强复合材料冲击 载荷与冲击时间的对应关系
A. 接枝聚丙烯酰胺碳纤维; B. 接枝聚丙烯 酸碳纤维; C. 氧等离子处理碳纤维; D. 未 处理碳纤维
氧等离子处理(曲线C)碳纤维 复合丝试样的冲击载荷曲线主 要弹性承载能U1差不多比未处 理者增加近3倍,表明基体变形 更大,也有更多的纤维发生形 变。相反塑性承载能U2却小到 可略视的地步,几乎没有什么 纤维拔出和与基体的脱粘,充 分表明了强结合的界面特征。
25
碳纤维表面官能团的分析
还原剂,消除自由基,证明等 离子处理产生的大部分是游离
基,不是酚羟基
图6-25 等离子处理时间对自由基浓度的影响
在等离子处理初期,自由基浓度迅速增加,处 理5分钟后,自由基浓度增加渐趋平缓。
27
图6-26 UHMWPE纤维表面活性的衰减
经等离子处理后的UHMWPE纤维暴露在空气中,表 面自由基的浓度随时间而衰减,表面活性在逐渐减小
36
6.4.2 复合材料界面的动态力学分析
a-接枝玻纤 b-未接枝玻纤 涂敷聚苯乙烯树脂的玻璃纤维辫子的动态
力学扭辫曲线
曲线b在92℃处出现一个 尖锐的聚苯乙烯玻璃化转变 损耗峰,而曲线a上,在聚 苯乙烯玻璃化转变损耗峰高 温一侧还有一个小峰,一般 称为α’峰,也叫做界面峰。
界面粘结强,则试样承 受周期负荷时界面的能力损 耗大,α’峰越明显。
复合材料界面受到因 热膨胀系数不同引起 的热残余应力。热残 余应力的大小正比于 两者的热膨胀系数之 差Δα和温差ΔT, 也与基体和纤维的模 量有关。
29
❖ 6.4 界面力学性能的分析表征
41
不同处理碳纤维增强复合材料冲击 载荷与冲击时间的对应关系
A. 接枝聚丙烯酰胺碳纤维; B. 接枝聚丙烯 酸碳纤维; C. 氧等离子处理碳纤维; D. 未 处理碳纤维
氧等离子处理(曲线C)碳纤维 复合丝试样的冲击载荷曲线主 要弹性承载能U1差不多比未处 理者增加近3倍,表明基体变形 更大,也有更多的纤维发生形 变。相反塑性承载能U2却小到 可略视的地步,几乎没有什么 纤维拔出和与基体的脱粘,充 分表明了强结合的界面特征。
25
碳纤维表面官能团的分析
还原剂,消除自由基,证明等 离子处理产生的大部分是游离
基,不是酚羟基
图6-25 等离子处理时间对自由基浓度的影响
在等离子处理初期,自由基浓度迅速增加,处 理5分钟后,自由基浓度增加渐趋平缓。
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图6-26 UHMWPE纤维表面活性的衰减
经等离子处理后的UHMWPE纤维暴露在空气中,表 面自由基的浓度随时间而衰减,表面活性在逐渐减小
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6.4.2 复合材料界面的动态力学分析
a-接枝玻纤 b-未接枝玻纤 涂敷聚苯乙烯树脂的玻璃纤维辫子的动态
力学扭辫曲线
曲线b在92℃处出现一个 尖锐的聚苯乙烯玻璃化转变 损耗峰,而曲线a上,在聚 苯乙烯玻璃化转变损耗峰高 温一侧还有一个小峰,一般 称为α’峰,也叫做界面峰。
界面粘结强,则试样承 受周期负荷时界面的能力损 耗大,α’峰越明显。
复合材料界面受到因 热膨胀系数不同引起 的热残余应力。热残 余应力的大小正比于 两者的热膨胀系数之 差Δα和温差ΔT, 也与基体和纤维的模 量有关。
29
❖ 6.4 界面力学性能的分析表征
复合软包装材料

聚偏二氯乙烯的水基乳液粘合剂已经得到了广泛的应用。这 种粘合剂同时又是氧和水蒸气的阻隔层。它适用于涂履塑料、 纸及纸板等基材。
层合粘合剂
[挤塑粘合剂]
聚乙烯和乙烯共聚物是广泛应用的挤塑粘合剂。在没有铝箔 原情况下,层合材料中的共挤塑乙烯层能起防潮作用。 在挤出层合时,由于挤出温度较高,使表面分子部分氧化, 形成极性结构,有利于层合。 乙烯共聚物粘合剂与各种基材的粘合性都很好。
常见的基材
[玻璃纸]
玻璃纸是透明的软材料
PVDC -玻璃纸-PVDC-粘合剂- PVDC -玻璃纸-PVDC的对称 层合结构已用于立式成型-充填-封合的糖果包装 用聚乙烯(PE)作粘合剂能形成高强度的气密性封合,可广泛 地用于加工肉片和禽肉类产品的充气包装以及干粉、葵花籽、 瓜子、药片等产品。 乙烯共聚物代替PE作粘合剂可降低热封合温度。 层合时用加入白色颜料的PE薄膜可使其不透明。
第六章 复合软包装材料
软包装——使用柔软性材 料 (纸、薄膜、铝箔和镀金 属膜)的包装,这些材料通 常是印刷或层合的卷筒材, 它们能顺应内容物的形状。 (美国包装协会)
复合包装材料的组成 基材
层合粘合剂 封闭物及热封合材料
印刷与保护性涂料
层合粘合剂 溶剂型和乳液型 热塑性和热固性
挤塑粘合剂 蜡及蜡混合物
常见的基材
[双向拉伸热定型聚丙烯(BOPP)]
BOPP是层合软包装中使用最广的塑料薄膜材料。 ——良好的阻隔功能(经PVDC涂布) ——有热封合性 ——可背面印刷 ——可与其他材料共挤塑,形成多种基合结构
常见的基材
[双轴取向热定形聚酯(BOPET)]
BOPET有极好的尺寸稳定性、耐热性和良好的印刷适, 因此他被广泛应用的层合结构中的外层组分。
层合粘合剂
[挤塑粘合剂]
聚乙烯和乙烯共聚物是广泛应用的挤塑粘合剂。在没有铝箔 原情况下,层合材料中的共挤塑乙烯层能起防潮作用。 在挤出层合时,由于挤出温度较高,使表面分子部分氧化, 形成极性结构,有利于层合。 乙烯共聚物粘合剂与各种基材的粘合性都很好。
常见的基材
[玻璃纸]
玻璃纸是透明的软材料
PVDC -玻璃纸-PVDC-粘合剂- PVDC -玻璃纸-PVDC的对称 层合结构已用于立式成型-充填-封合的糖果包装 用聚乙烯(PE)作粘合剂能形成高强度的气密性封合,可广泛 地用于加工肉片和禽肉类产品的充气包装以及干粉、葵花籽、 瓜子、药片等产品。 乙烯共聚物代替PE作粘合剂可降低热封合温度。 层合时用加入白色颜料的PE薄膜可使其不透明。
第六章 复合软包装材料
软包装——使用柔软性材 料 (纸、薄膜、铝箔和镀金 属膜)的包装,这些材料通 常是印刷或层合的卷筒材, 它们能顺应内容物的形状。 (美国包装协会)
复合包装材料的组成 基材
层合粘合剂 封闭物及热封合材料
印刷与保护性涂料
层合粘合剂 溶剂型和乳液型 热塑性和热固性
挤塑粘合剂 蜡及蜡混合物
常见的基材
[双向拉伸热定型聚丙烯(BOPP)]
BOPP是层合软包装中使用最广的塑料薄膜材料。 ——良好的阻隔功能(经PVDC涂布) ——有热封合性 ——可背面印刷 ——可与其他材料共挤塑,形成多种基合结构
常见的基材
[双轴取向热定形聚酯(BOPET)]
BOPET有极好的尺寸稳定性、耐热性和良好的印刷适, 因此他被广泛应用的层合结构中的外层组分。
5.第六章 复合材料的性能及表界面

若按比强度计算,玻璃纤维增强的树脂基复合材 比强度计算 若按比强度计算,玻璃纤维增强的树脂基复合材 料不仅超过碳钢 而且可超过某些特殊合金纲 碳钢, 合金纲。 料不仅超过碳钢,而且可超过某些特殊合金纲。 碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃 碳纤维复合材料、有机纤维复合材料具有比玻璃 复合材料 复合材料具有比 纤维复合材料更低的密度和更高的强度, 纤维复合材料更低的密度和更高的强度,因此具有更 复合材料更低的密度和更高的强度 高的比强度。 高的比强度。
复合材料既能保留原组分材料的主要特色, 复合材料既能保留原组分材料的主要特色,并 通过复合效应获得组分材料所不具备的性能, 通过复合效应获得组分材料所不具备的性能,还可 以通过材料设计 材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关 以通过材料设计使各组分的性能相互补充并彼此关 联,从而获得新的性能。 从而获得新的性能。 复合材料设计:选择复合材料的组分、 复合材料设计:选择复合材料的组分、增强体 复合材料的组分 分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的 分布和复合材料制造工艺、使其具有使用所要求的 性能过程。 性能过程。 过程
复合材料设计可分为三个层次:单层材料设计、 复合材料设计可分为三个层次:单层材料设计、铺 可分为三个层次 设计 层设计、结构设计。 设计、结构设计。 设计 单层材料设计包括正确选择增强材料、基体材料及 单层材料设计包括正确选择增强材料、基体材料及 包括正确选择增强材料 共配比,该层次决定单层板的性能; 共配比,该层次决定单层板的性能; 铺层设计包括对铺层材料的铺层方案做出合理的安 铺层设计包括对铺层材料的铺层方案做出合理的安 包括对铺层材料的铺层方案 排,该层次决定层合板的性能; 该层次决定层合板的性能; 结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。 结构设计则最后确定产品结构的形状和尺寸。 则最后确定产品结构的形状和尺寸 上述三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。 上述三个设计层次互为前提、互相影响、互相依赖。
材料科学与工程学导论

材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf+εmVm。 1/Ec = Vf/Ef+Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp+ρmVm。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf +σmAm。
σc = σfVf+σmVm。
Ec = EfVf+EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的,纤维的性质和 直径都是均匀的,且平行连续排列,同时纤维与基体间的 结合为理想结合,在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理:
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动,产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理,基体乃是承受载荷的主体。 不同的是,这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒,他们在温度升高时仍保持其原有尺寸,因而,增 强效果可在高温下持续较长时间,使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类: 纳米微细硬颗粒弥散增强,微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向垂直
σc= σf = σm。 εc = εfVf+εmVm。 1/Ec = Vf/Ef+Vm/Em。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
复合原理
2。颗粒增强复合材料的复合原理 ρc = ρpVp+ρmVm。
复合材料的基本理论
复合原理
1。纤维增强复合材料的复合原理
外载荷与纤维方向一致
Fc=σcAc = σfAf +σmAm。
σc = σfVf+σmVm。
Ec = EfVf+EmVm。
条件是复合材料中基体是连续的、均匀的,纤维的性质和 直径都是均匀的,且平行连续排列,同时纤维与基体间的 结合为理想结合,在界面上不产生滑移。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
颗粒增强复合材料的机理:
弥散分布在金属或合金中基体中的硬颗粒可以有效地阻止 位错运动,产生显著的强化作用。这种复合强化机制类似 与合金的析出强化机理,基体乃是承受载荷的主体。 不同的是,这些细小弥散的硬颗粒并非借助于相变产生的 硬颗粒,他们在温度升高时仍保持其原有尺寸,因而,增 强效果可在高温下持续较长时间,使复合材料的抗蠕变性 能明显优于金属或合金基体。
复合材料的基本理论
增强机理
颗粒增强
颗粒增强复合材料是指由高强度、高弹性模量的脆性颗粒 作增强体与韧性基体或脆性基体经一定工艺复合而成的多 相材料。 颗粒增强复合材料的种类: 纳米微细硬颗粒弥散增强,微米颗粒增强。
材料科学与工程学导论
复合材料的基本理论
弥散强化复合材料中弥散颗粒种类 金属氧化物 碳化物 硼化物
4。由被动复合向主动复合材料发展
第六章 陶瓷基复合材料

19
3、化学气相浸渗法 (Chemical Vapor Infiltration,简称CVI法)
定义:
反应物以气体的形式渗入到纤维预制体的内部并发
生化学反应,形成陶瓷固体沉积在预制体表面,使预
制体逐渐致密形成陶瓷基复合材料的一种工艺。
20
CVI的突出优点是:
能在较低温度进行高温材料的制备,SiC陶瓷的烧结温度通常 高达2000℃以上,而采用CVI法则能在900-1100℃的温度下 制备出高纯度的SiC陶瓷:
21
CVI法制备的Cf/SiC陶瓷基复合材料的显微结构
22
4、反应性熔体浸渗法 (Reactive Melt Infiltration,简称RMI法)
在采用RMI法制备SiC陶瓷基复合材料过程中, 将Si熔化后,在毛细管力的作用下Si熔体渗入到以 多孔C/C材料内部,并同时与基体碳发生化学反应 生成SiC陶瓷基体。
SiC变体很多,但作为陶瓷材料的主要有两种晶体
结构,一种是-SiC,属六方晶系;一种是-SiC,属
立方晶系,具有半导体特性。
SiC具有很高的热传导能力,较好的热稳定性、耐 磨性、耐腐蚀性和抗蠕变性。
12
4、玻璃陶瓷(glass-ceramics)
某些玻璃经热处理后可以晶化形成大量的微晶体。这种含
抗弯强度MPa
弹性模量Gpa 断裂韧性K1C,MPam1/2
473±30
247±16 3.7±0.7
454±42
188±18 15.6±1.2
热膨胀系数
(室温-1000℃)10-3/℃
4.62
2.51
28
(3)纤维/碳化硅陶瓷基复合材料 SiC基CMC的密度2~2.5g/cm3,仅为高温合金和铌
6 金属基复合材料

6.2.2金属基复合材料的基本性能
5. 耐磨性好 6. 良好的疲劳性能和断裂韧性 良好的界面结合状态可有效传递载荷, 阻止裂纹的扩展, 提高材料的断裂韧性. 7. 不吸潮, 不老化,气密性好
6.2.3 金属基体在复合材料中的作 用
1. 固结增强体 2. 传递和承受载荷 3. 赋予复合材料一定形状, 保证复合材 料具有一定的可加工性. 4. 复合材料的强度、 刚度、密度、耐高 温、 耐介质、 导电、导热等性能均与基 体的相应性质密切相关.
二、钛及钛合金
钛及其合金由于具有比强度高、耐热性好、耐 蚀性能优异等突出优点,自1952年正式作为结构材 料使用以来发展极为迅速,在航空工业和化学工业 中得到了广泛的应用。化学性质十分活泼,缺点是 在真空或惰性气体中进行生产,成本高,价格贵。
钛基复合材料
二、钛及钛合金
(一)纯钛 钛是一种银白色的金属,密度小,熔点高,高的 比强度和比刚度,较高的高温强度。钛的热膨胀系数 很小,热应力较小,导热性差,切削、磨削加工性能 较差。在空气中,容易形成薄而致密的惰性氧化膜, 在氧化性介质中的耐蚀性优良,在海水等介质中也具 有极高的耐蚀性;钛在不同浓度的酸( HF 除外)以及 碱溶液和有机酸中,也具有良好的耐蚀性。 纯钛具有同素异构转变,在882.5℃以上直至熔点 具有体心立方晶格,称为β —Ti。在882.5℃以下具有 密排六方晶格,称为α —Ti。
(二)钛合金
钛合金分为α 型钛合金 β 型钛合金 α +β 型钛合金 以TA、TB和TC表示其牌号
三、铜及铜合金
在自然界中既以矿石的形式存在,又以纯金属的形 式存在。其应用以纯铜为主。铜及铜合金的产品中, 80%是以纯铜被加工成各种形状供应的。
(一)纯铜 呈紫红色,又称紫铜。属重金属范畴,无同素异构 转变,无磁性。最显著的特点是导电、导热性好,仅次于 银。 高的化学稳定性,在大气、淡水中具有良好的抗蚀 性,在海水中的抗蚀性较差。 纯铜具有立方面心结构,极优良的塑性,可进行冷热 压力加工。
--复合材料力学第六章细观力学基础

称为纵向有效模量的混合律。
(二)纵向泊松比
21
RVE的纵向应变关系式:
2 f 2V f m2Vm
两边同时除以 1 ,可得:
21 f V f mVm
(三)纵横(面内)剪切模量
G12
在剪应力作用下,RVE的剪应变有如下 关系:
12 f V f mVm
以
12
12
G12
可在复合圆柱模型上施加不同的均匀应力边界条件,利用 弹性力学方法进行求解而得到有效模量,结果为:
2
2Gm
E
f
rf2
ln(
R rf
)
其中 Gm 为基体剪切模量,rf 为纤维半经,R为纤维间距,
l为纤维长度,R与纤维的排列方式和 V f 有关。
ET(短) ET (长)
2、Halpin-Tsai方程
EL Em
1
2
l d
LV
f
1 LV f
ET
1 2TV f
Em 1 TV f
此时,对L取:
RVE的要求: 1 、 RVE 的 尺 寸 << 整 体 尺 寸 , 则宏观可看成一点;
2、RVE的尺寸>纤维直径;
3、RVE的纤维体积分数=复合材料的纤维体积分数。
纤维体积分数:
Vf
vf v
v f —纤维总体积;
v —复合材料体积
注意:
只有当所讨论问题的最小尺寸远大于代表性体积单元时,
复合材料的应力应变等才有意义。
并可由RVE的解向邻近单元连续拓展到整体时,所得的有效 弹性模量才是严格的理论解。
则只有满足上述条件的复合材料的宏观弹性模量才能通过 体积平均应力、应变进行计算;或按应变能计算。
(二)纵向泊松比
21
RVE的纵向应变关系式:
2 f 2V f m2Vm
两边同时除以 1 ,可得:
21 f V f mVm
(三)纵横(面内)剪切模量
G12
在剪应力作用下,RVE的剪应变有如下 关系:
12 f V f mVm
以
12
12
G12
可在复合圆柱模型上施加不同的均匀应力边界条件,利用 弹性力学方法进行求解而得到有效模量,结果为:
2
2Gm
E
f
rf2
ln(
R rf
)
其中 Gm 为基体剪切模量,rf 为纤维半经,R为纤维间距,
l为纤维长度,R与纤维的排列方式和 V f 有关。
ET(短) ET (长)
2、Halpin-Tsai方程
EL Em
1
2
l d
LV
f
1 LV f
ET
1 2TV f
Em 1 TV f
此时,对L取:
RVE的要求: 1 、 RVE 的 尺 寸 << 整 体 尺 寸 , 则宏观可看成一点;
2、RVE的尺寸>纤维直径;
3、RVE的纤维体积分数=复合材料的纤维体积分数。
纤维体积分数:
Vf
vf v
v f —纤维总体积;
v —复合材料体积
注意:
只有当所讨论问题的最小尺寸远大于代表性体积单元时,
复合材料的应力应变等才有意义。
并可由RVE的解向邻近单元连续拓展到整体时,所得的有效 弹性模量才是严格的理论解。
则只有满足上述条件的复合材料的宏观弹性模量才能通过 体积平均应力、应变进行计算;或按应变能计算。
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Introduction
Implications of the Kirchhoff hypothesis
Part
1
introduction
background
Fibers reinforced materials are most frequently used by employing multiple layers of material to form a laminate. Following instructions: 1. Each layer may have a different fiber orientation. 2. Some layers may use graphite fibers ,while others may use glass fibers. 3. The number of layers that make up laminates may be different. 4. There are differences in fiber angles and the arrangement of layers. The reason is the arrangement : The first is [0/90/90/0]������ The second is [90/0/0/90]������
Because before deformation the plate is flat and the layer interfaces are parallel to each other and to
the geometric mid-plane of the
plate, line AA’ is normal to each interface.
It is of prime concern to understand how changing these variables influence laminate response and structural response .
The ultimate purpose is to be able to design laminates so that structures have a specific response, so that deformation are within certain limits and stress levels are below a given level.
How changing material properties in a group of layers changes response
第6 页
focus point
The magnitude and character of the load
The dependent factors of stress
When the stacking sequence involves adjacent layers of opposite orientation, short hand notation is used.
When a stacking sequence is a subset consisting of several layers is repeated, further shorthand notation is used.
第 15 页
Part
3
Implications of the Kirchhoff hypothesis
implications
We should stress that no mention has been made of material properties. If we accept the validity of the Kirchhoff hypothesis, then we assume that it is valid for the wide range of material properties that are available with fiber-reinforced composite material.
第5 页
focus point
How the fiber angles of the individual layers influence laminate response
How laminates the stacking arrangement of the layers influences the response
第8 页
Laminate nomenclature
Two requires: First, we have a method of describing a laminate, particularly the fiber orientation of each layer . second, we must establish a coordinate system for specifying locations through the thickness, along the length, and across the width of the laminate.
Extend in the z direction from – H/2 to +H/2 The locations of the layer interfaces are denoted by a subscripted z . The kth layer by ������������−������ and ������������ .
direction of the laminate. The distance between
point t and t' in figure, then, is the same as the distance between t and t' in figure, According to this hypothesis, there is no through-thickness.
change length.
The normal line does
not deform
第 14 页
content
The normal of the above figure has rotated and translated due to the deformation caused by the applied loads . That the line doer not change length is another important part of the assumption. For the length of the line to remain unchanged, the top and bottom surfaces of the laminate must remain the same distance apart in the thickness
To identify the fiber angles of the various layers, the fiber angle relative the +x axis of each layer is specified
第9 页
Laminate nomenclature
To indicate the total stacking, we need to use a subscript T. The laminate is symmetric, the stacking notation can be abbreviated by referring to only one-half of it and subscripting the notation with the symbol S.
第 11 页
Part
2
The Kirchhoff hypothesis
2-1 研究思路
2-2 研究方法 2-3 可行性说明
content
Line AA’ is straight and normal to the laminate’s geometric mid-surface, and passes through the laminate
Composite Materials
Chapter 6 hypothesis 课件组员:
Classical lamination theory : the Kirchhoff
目录
CONTENTS
Laminate strains
The Kirchhoff hypothesis Laminate stresses
第 10 页
essentials
This chapter will introduce simplifications in the analysis of fiberreinforced composite materials that will allow us to obtain answers for a large class of problems. we can thus evaluate the influence of fiber directions, stacking arrangements, material properties, and so forth, on laminate and structural response .the simplified theory is called classical laminate theory.
第 17 页
summary
The displacements of an arbitrary point P with coordinate(x, y, z) is given by : ������������ ������ (������, ������) ������ ������, ������, ������ = ������ ������, ������ − ������ ������������