复合材料定义
复合材料工艺及设备[试题]
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第一章1.复合材料定义：是指两种或两种以上不同材料，用适当的方法复合成一种新材料，其性能比单一材料性能优越。
根据基体材料不同，分为金属基复合材料，非金属基复合材料，树脂基复合材料2.复合材料最大特点，是性能具有可设计性。
影响复合材料性能的因素很多，主要取决于增强材料的性能，含量及分布情况，基体材料的性能和含量，以及它们之间的界面结合情况。
3.树脂基复合材料的使用温度一般为60摄氏度到250摄氏度；金属基复合材料为400摄氏度到600摄氏度；陶瓷基复合材料为1000摄氏度到1500摄氏度。
复合材料硬度主要取决于基体材料的性能，一般硬度为陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料4.就力学性能而言，复合材料的力学性能取决于增强材料的性能，含量和分布，以及基体材料的性能和含量。
复合材料的耐自然老化性能，取决于基体材料的性能和与增强材料的界面粘结。
一般优劣次序为，陶瓷基复合材料大于金属基复合材料大于树脂基复合材料。
导热性能的优劣比较为：金属基复合材料大于陶瓷基复合材料大于树脂基复合材料。
5.选择成型方法时应考虑：①产品外形构造和尺寸大小②材料性能和产品质量要求③生产批量大小及供应时间（允许的生产周期）要求④企业可能提供的设备条件及资金⑤综合经济效益，保证企业盈利第二章1.手糊成型：又称接触成型。
是用纤维增强材料和树脂胶液在模具上铺敷成型，室温（或加热），无压（或低压）条件下固化，脱模成制品的工艺方法。
手糊成型按成型固化压力可分为两类：接触压和低压（接触压以上）。
前者为手糊成型，喷射成型。
后者包括对模成型，真空成型，袋压成型，热压釜成型，树脂传递模塑（RTM）和反应注射模塑（RIM）成型。
2.聚合物基体的选择：能配置成粘度适当的胶液，适宜手糊成型的胶液粘度为200-500厘泊聚合物集体包括不饱和聚酯树脂，环氧树脂和辅助材料。
其中，辅助材料包括稀释剂（分为活性稀释剂和非活性稀释剂），填料（在糊制垂直或倾斜面层时，为避免“流胶”，可在树脂中加入少量活性SiO2处变剂），色料。
复合材料定义
复合材料定义复合材料是指以基体材料（核料）为基础，以薄膜、粉末、纤维等表面添加剂（外涂料）加工而成的新型材料。
它的特点是以厚薄不一的外层覆盖基体，从而形成复合材料的层状构造与表面特性。
基体材料的种类有钢、木材、玻璃纤维、碳纤维、复合材料板材等多种，而外层涂料包括聚合物、粉末、纤维、金属、矿物等材料，可以对基体材料做出各种改性。
复合材料可以获得材料材性能的改善，并能更好地满足力学应力、电学、热学特性，这在很大程度上提升了材料的应用性能，比如，碳纤维复合材料的杨氏模量可以高达200GPa，比起普通钢材料有较高的刚度；复合材料可以结合多种材料特性，从而有效抑制材料弹性变形和损伤，比如，金属复合材料可以提升金属材料的抗拉强度和热韧性；复合材料还可以改变材料表面的表面性能，例如金属复合材料可以改善材料的抗腐蚀性和耐磨损性。
复合材料的应用非常广泛，已经从航空航天、电子电器、汽车制造、家具饰品等行业大量地使用复合材料，在医疗器械、食品机械、化工机械、通讯机械、电脑机械等行业也有较大的推广应用，因为其具有较高的强度、轻量、耐腐蚀性，可以有效地替代金属和其它材料，发挥出更大的作用。
在现代科学与工程应用中，复合材料已经占据了重要的地位，而且复合材料的研究正在不断的发展和深化，相关技术也越来越完善，特别是发展出了多种新型复合材料，例如，有机复合材料、共聚物复合材料、复合材料板材等。
复合材料的应用可以带来许多方面的好处，例如，增加材料的使用寿命，减少加工工艺，提高结构整体性能，降低重量，改善材料性能，提高机械特性，以及减少成本等。
综上所述，复合材料是多个材料结合而成的新型材料，具有改变金属材料性能、拓展应用领域、提升材料使用寿命等优点，目前科技进步与不断改进使复合材料在工程应用中有着越来越重要的位置。
复合材料的定义以及修复的方法
复合材料的定义以及修复的方法复合材料是指由两种或更多种不同性质的材料组合而成的新材料，具有优良的综合性能。
它通常由增强材料和基体材料组成，增强材料可以是玻璃纤维、碳纤维、Kevlar纤维等，而基体材料可以是树脂、金属、陶瓷等。
由于复合材料具有轻量、高强度、耐腐蚀、设计自由度大等特点，被广泛应用于航空航天、汽车、船舶、建筑等领域。
复合材料与传统材料相比，具有很好的强度和韧性，可以满足不同工程领域的需求。
但是复合材料在使用过程中依然会遭受磕碰、挤压、拉伸等外力的影响，由此导致材料的损伤。
为了延长复合材料的使用寿命和保证其性能，需要进行修复。
复合材料修复常用的方法包括表面修复和结构修复两种。
表面修复是指对复合材料的表面进行简单的修补，一般用于处理轻微的表面划痕、凹坑等情况。
修复过程包括以下步骤：清洁表面、打磨、涂覆填料、光照固化。
需要清洁损坏的表面，清除杂质和油脂，以便填料能够充分粘附。
然后，对受损区域进行打磨处理，以便填料能够充分附着。
接着，涂覆填料，填平损伤表面。
使用紫外线照射或烤箱加热等方法进行固化，使填料与基材紧密结合，完成表面修复。
结构修复是指对复合材料的内部结构进行修复，通常用于处理较为严重的损伤，如层间剥离、穿孔、裂纹等。
结构修复的步骤相对复杂，需要先对损伤部位进行评估，确定损伤的类型和程度。
然后，根据具体情况选择合适的修复方法，如层间剥离可以采用注射修复法，穿孔可以采用布贴修复法，裂纹可以采用层压修复法。
修复过程中需要采用适当的树脂和增强材料，确保修复区域与原材料具有相似的力学性能。
进行固化处理，确保修复部位与基材紧密结合，恢复材料的整体性能。
复合材料的修复方法丰富多样，可以根据具体的损伤情况选择合适的修复策略，保证材料的完整性和性能，延长其使用寿命。
在未来，随着复合材料应用领域的不断扩大和深入，复合材料的修复技术也将不断发展和完善，为各行业提供更可靠、更经济的修复方案。
食品包装的复合材料的结构要求
食品包装的复合材料的结构要求食品包装是保护食品的外壳，它不仅要具备良好的外观和功能，还需要满足食品安全、保鲜、易开封等方面的要求。
而复合材料作为一种常用的食品包装材料，具备了许多优异的性能，因此在食品包装行业中得到了广泛的应用。
一、复合材料的定义复合材料是由两种或两种以上的材料经过一定的工艺方法组合而成的材料。
在食品包装中，复合材料通常由塑料薄膜、铝箔、纸张等材料组合而成。
二、复合材料的结构要求1. 外层保护层：食品包装的外层通常采用塑料薄膜，具有良好的防潮、阻氧、阻光等性能，可以有效地保护食品不受外界环境的影响。
2. 隔离层：隔离层通常采用铝箔或其他金属材料，具有良好的阻隔性能，可以阻止氧气、水蒸气等物质的渗透，从而延长食品的保鲜期。
3. 内层密封层：内层密封层通常采用塑料薄膜，具有良好的密封性能，可以有效防止食品中的水分、氧气等物质的挥发和渗透。
4. 纸张层：在一些需要保持食品形状的包装中，会添加纸张层，以增加包装的稳定性和刚性。
三、复合材料的性能要求1. 抗菌性：食品包装材料应具备一定的抗菌性能，避免细菌和其他微生物的滋生，从而保证食品的安全性。
2. 保鲜性：食品包装材料应具备良好的防潮、阻氧、阻光等性能，以延长食品的保鲜期，保持食品的新鲜度和口感。
3. 环保性：食品包装材料应符合环保要求，避免对环境造成污染，同时要能够通过回收和再利用来减少资源的浪费。
4. 安全性：食品包装材料应符合食品卫生标准，不得对食品产生有害物质的释放，确保食品的安全性。
5. 方便性：食品包装材料应便于开封和使用，方便消费者取用食品，提高使用体验。
四、复合材料的应用领域复合材料在食品包装领域有着广泛的应用。
例如，常见的塑料包装袋、塑料瓶、铝箔包装等都是由复合材料制成的。
这些包装材料不仅能够保护食品的新鲜度和安全性，还能够提供良好的包装外观，满足消费者对食品包装的美观要求。
总结：食品包装的复合材料结构要求包括外层保护层、隔离层、内层密封层以及纸张层等。
复合材料定义
复合材料定义•广义定义：复合材料是由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。
一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。
复合材料（CompositeMaterials），以下简称CM。
•狭义定义：•（通常研究的内容）用纤维增强树脂、金属、无机非金属材料所得的多相固体材料。
•基体相是一种连续相材料，它把改善性能的增强相材料固结成一体，并起传递应力的作用；•增强相起承受应力（结构复合材料）和显示功能（功能复合材料）的作用。
复合材料既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。
CM与化合材料、混合材料的区别：•:• 多相体系和复合效果是复合材料区别于传统的“混合材料”和“化合材料” 的两大特征。
・•• 举例：砂子与石子混合，合金或高分子聚合物•复合效应大致上可归结为两种类型：混合效应和协同效应•混合效应也称作平均效应，是组分材料性能取长补短共同作用的结果.它是组分材料性能比较稳定的总体反映.对局部的扰动反应并不敏感。
在复合材料力学中，它与刚度问题密切相关，表现为各种形式的混合律，而且已形成比较成熟的理论体系，薄弱环节、界面、工艺因素通常对混合效应没有明显的作用。
•协同效应反映的是组分材料的各种原位特性（in situ properties）o所谓的原位特性意味着各相组分材料在复合材料中表现出来的性能并不只是其单独存在时的性能，单独存在时的性能不能表征其复合后材料的性能。
协同效应变化万千，反应往往比混合效应剧烈，是复合材料的本质特征。
按基体类型分类：非金属复合材料：树脂基复合材料（玻璃钢），橡胶基复合材料（轮胎），陶瓷基复合材料（钢筋混凝土、纤维增强陶瓷）。
金属基复合材料：（纤维增强金属）淤按增强材料分类：纤维增强复合材料：纤维增强橡胶（轮胎）、纤维增强塑料（玻璃钢、碳纤维增强塑料）、纤维增强陶瓷、纤维增强金属（碳纤维/铝锡合金）等。
颗粒增强复合材料：陶瓷颗粒----金属基（硬质合金），金属颗粒----塑料基等。
复合材料概论
1、复合材料的定义由两种或两种以上的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。
2、同质复合材料和异质材料增强材料和基体材料属于同种物质的复合材料为同质材料。
异质材料则是不同物质。
3、金属基复合材料的性能在金属基体中加入了适量的高强度、高模量、低密度的纤维、晶须、颗粒等增强物，明显提高了复合材料的比强度和比模量。
4、树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料性能区别树脂基复合材料的使用温度一般为60℃~250℃，其导热性能为0.35~0.45W/m·K金属基复合材料为400~600℃，其导热性能为50~65W/m·K和陶瓷基复合材料性能为1000~1500℃，0.7~3.5W/m·K。
陶瓷基复合材料大于金属基复合材料的硬度，金属基复合材料大于树脂基复合材料的硬度。
5、复合材料结构的分类从固体力学角度，分为三个“结构层次”：一次结构、二次结构、三次结构。
一次结构：由基体和增强材料复合而成的单层材料，其力学性能决定于组分材料的力学性能、相几何和界面区的性能；二次结构：由单层材料层合而成的层合体，其力学性能决定于单层材料的力学性能和铺层几何；三次结构：通常所说的工程结构或产品结构，其力学性能决定于层合体的力学性能和结构几何。
6、复合材料选择基体的原则①金属基复合材料的使用要求：高性能发动机要求有高强度比、比模量性能，要求具有优良的耐高温性能，能在高温、氧化性气氛中正常工作。
在汽车发动机中要求其零件耐热、耐磨、导热，一定的高温强度等，又要求成本低廉，适合批量生产。
②金属基复合材料组成特点：对于连续纤维增强金属基复合材料，纤维是主要承载物体，纤维本身具有很高的强度和模量。
对于非连续增强金属基复合材料，基体是主要承载物，基体的强度对非连续增强基复合材料具有决定性的影响。
③基体金属与增强物的相容性。
7、与树脂相比水泥基体的特征①水泥基体为多孔体系；②纤维与水泥的弹性模量比不大；③水泥基材的断裂延伸率较低，仅是树脂基体的1/10~1/20；④水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料，与纤维呈点接触，故纤维的掺量受到很大限制；⑤水泥基材呈碱性，对金属纤维可起保护作用，但对大多数矿物纤维是不利的。
《复合材料》PPT课件
复合材料能够抵抗循环载荷作用下的疲劳破坏，具有较长的疲劳寿命， 适用于承受交变应力的结构件。
03
良好的减震性能
复合材料具有较好的阻尼性能，能够吸收和分散振动能量，降低结构的
振动和噪音水平。
物理性能
耐高低温性能
复合材料能够在极端温度环境下保持稳定的性能，适用于高温或低 温工作条件。
良好的电绝缘性能
模压成型
缠绕成型
将预浸料或预混料放入模具中，在加热和加 压的条件下使其固化成型。
将浸渍过树脂的连续纤维或布带按照一定规 律缠绕到芯模上，然后固化脱模。
后处理与加工技术
热处理
通过加热或冷却的方式改善复合 材料的性能，如消除内应力、提
高强度等。
表面处理
对复合材料表面进行打磨、喷涂 等处理，以提高其外观质量和耐 腐蚀性。
原材料的预处理
对增强材料和基体材料进行清洗、干燥、筛分等 预处理，以确保原材料的质量和性能。
成型工艺方法
手糊成型
喷射成型
在模具上涂刷脱模剂，然后铺贴一层基体材 料，再涂刷一层树脂，如此反复直至达到所 需厚度，最后固化脱模。
将树脂和增强材料分别通过喷嘴喷射到模具 上，通过调整喷射参数控制复合材料的厚度 和性能。
大多数复合材料具有优异的电绝缘性能，可用于电气设备和电子器 件的绝缘材料。
多样化的热性能
通过调整复合材料的组分和结构设计，可以实现不同的热性能要求， 如耐热性、隔热性或导热性等。
化学性能
耐腐蚀性
复合材料能够抵抗多种化学物质 的侵蚀，包括酸、碱、盐等，适 用于腐蚀性环境下的应用。
耐候性
复合材料能够抵抗紫外线、氧化、 潮湿等自然环境因素的影响，长 期保持稳定的性能。
复合材料的定义
复合材料的定义
复合材料，又被称为复合材料科学、复合结构或复合结构材料，是指由多种组
分（可以通过任何合理的方式连接或不粘连）组合而成的材料。
这些组分中可以包括金属、陶瓷、塑料和纤维等。
复合材料有许多优点，它们可以提供优异的抗拉强度、弹性模量和杨氏模量，
这使得其在许多应用中取得了有益成效。
复合材料也有一定的耐热性和抗擦伤性，这使其在煤矿以及航空航天等领域中有一定的应用价值。
此外，复合材料还具有体积小、内部稳定性好以及质量轻的特点，有利于传输、安装和维护。
复合材料的缺点也不容忽视，它在一定程度上受弯性和抗冲击性限制，难以满
足某些高性能应用的需求。
此外，复合材料可能会出现脆性、褶曲和弯曲等极端情况，因此在制造过程中应该做好一定的安全保障措施。
综上所述，复合材料是一种具有抗拉强度、耐热性以及抗冲击性等特性的新型
材料，主要用于煤矿和航空航天等极端环境的高性能应用。
虽然它存在一定的缺点，但只要能够有效地控制其制造过程，就能更好地发挥复合材料的优势。
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材料模型 – 复合材料
Lucy 2017-5-10 Shanghai
复合材料在RADIOSS 中可以用实体单元和壳体单元模拟，相应的单元属性有：
壳体单元属性：/PROP/TYPE9,10,11,16,17,19,51和/PROP/PCOMPP
实体单元属性：/PROP/TYPE6，14，20，21，22
壳体单元
壳体单元是比较常用的。
在壳体单元中我们来讨论一下下面几个概念。
1）层厚度与层定位（N , Thick , 和 t i ）
在壳体单元属性中经常会要求用户输入N , Thick , 和 t i 。
N 在/PROP/TYPE9中是表示壳厚度方向上的积分点数，而在其余用于复合材料的壳单元属性中则表示复合材料的层数。
Thick 是指壳单元的厚度。
那么对于以上复合材料单元属性来说每一层的厚度则是/Thick N 等分的（当然除了/PROP/TYPE9）。
在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19,/PROP/TYPE51 以及/PROP/PCOMPP 中也可以定义不同的层厚度。
所以会需要用户定义参数t i . 在这种情况下各层的总厚度建议和Thick 定义的值相同，以保持一贯性。
即i t N Thick ⋅=。
如果不同那么RADIOSS 会进行内部调整，如何调整详情可参见RADIOSS 使用手册FAQs 。
2) 参考矢量V 和角度φ
在复合材料的单元属性中参考矢量V 和角度φ都是用于定义材料方向（加劲纤维的方向）。
参考矢量V 可以用卡片中的参数V X , V Y , 和 V Z 来定义，也可以在单元属性/PROP/TYPE11, TYPE16, TYPE17, TYPE19 ,TYPE51和/PROP/PCOMPP （/STACK ）中用/SKEW 来定义。
如果有使用skew 那么 V X , V Y , V Z 输入将被忽略。
在skew 中X 方向就是参考矢量V 的方向。
有了参考矢量V 和角度φ，那么复合材料的材料方向1（加劲纤维的方向）如下图定义。
即参考矢量V 首先映射到单元平面上，然后再逆时针转过角度φ就是材料方向1。
这是复合材料的材料模型中定义的1方向上的杨氏模量（E11），屈服应力（11,c t
y y σσ）等等都可以正确的应用到复合材料的实际几何平面上。
那么材料方向2通常就是与材料方向1相垂直的方向。
当然如果材料方向1，2并非正交那么可以通过参数i α来定义（比如/PROP/TYPE16，19）。
比如RADIOSS使用手册上/PROP/TYPE9的使用坐标输入定义参考矢量V的例子：
这里设置N=3：单元厚度方向有3个积分点；Thick=1.8：壳厚度1.8mm
参考矢量V(1,0,1): 表示在全局坐标系统（X，Y，Z）上原点O到（1，0，1）的矢量就是定义的参考矢量。
Phi=45：表示参考矢量V的映射矢量V’再逆时针转过45度就是材料方向1 （m1）
比如RADIOSS使用手册上/PROP/TYPE11的使用SKEW定义参考矢量V的例子：
这里设置N=3：表示有3层的复合材料，这样在单元属性卡片的最下面会有3行定义每一层材料方向，厚度，层定位和层材料；Thick=1.6：表示层的总厚度为1.6mm
Skew_ID=1: 一旦在Skew_ID中定义了skew，那么无论在Vx，Vy，Vz中定义什么都会被忽略。
关于如何定义skew可以参见RADIOSS使用手册。
Skew中的x轴的方向就是参考矢量V
的方向，然后再映射到壳单元上得到V’。
由每层定义的转角Phi（ ）分别逆时针转动后得到每
层的材料方向1（m1）。
在卡片上首先定义的是Layer 1，然后是Layer 2，最后是Layer 3。
在单元上沿着单元局部坐标系的z方向，Layer 1首先布置月单元底部然后沿着z得正方向依次布置Layer 2和Layer 3。
3）复合材料层叠加的方式（PLY或STACK）
在/PROP/TYPE11, /PROP/TYPE16, /PROP/TYPE17, /PROP/TYPE19,/PROP/TYPE51 以及/PROP/PCOMPP(/STACK) 中可以定义多个层。
层叠加的次序可以在这些复合材料单元属性
中
φ角度依次叠加
比如在/PROP/TYPE10中沿着Ｚ正方向用不同的
i
比如/PROP/TYPE11中沿Z的正方向，可以依次定义层的厚度，使用的材料。
当Ipos=0时
Z，当Ipos=1时则必须用户定义好每一RADIOSS通过层数和层厚自动计算出每一层的位置
i
层的位置。
而在/PROP/TYPE11中还可以在每一层中定义该层非正交的材料方向。
比如其中有
α=。
一层材料的材料方向1和2之间夹角为60度那么就设60
i
比如在/PROP/TYPE17，51和/PROP/PCOMPP（/STACK）中有两种方式叠层。
一种是单独的一层一层叠加。
每一层是用/PROP/TYPE19来定义复合材料的层厚，材料方向，每一层的积分点数，非正交的材料方向1，2的夹角等。
还有一种是首先几个层叠加在一起后成为叠层组（stack），叠层组中的每一个层同上面一样由/PROP/TYPE19定义，然后叠层组之间再次叠加，叠层组之间的叠加连接可以在INT参数行中定义。
在/PROP/TYPE17中叠层组中每层之间可以通过在卡片中设置Plyxfem=2来实现Ladeveze层间剥离的破坏。
此时可以在Minterply参数中设置叠层组中每一个层之间的粘结材料（目前可以使用LAW1的弹性材料作为层间连接材料）
实体单元
随着复合材料技术的发展，复合材料可以变得更厚，那么此时用壳体单元模拟就不合适了，我们可以用实体单元来模拟这样的复合材料。
在实体单元中最为常用的是下面的厚壳单元：• /PROP/TYPE21 (TSH_ORTH)
• /PROP/TYPE22 (TSH_COMP)
1）层厚度与层定位
层厚就是厚壳的实际单元厚度。
/PROP/TYPE21仅可以定义单层的复合材料。
/PROP/TYPE21可以定义多层的复合材料，与壳单元中的/PROP/TYPE11类似可以定义每层的层厚，材料，层定位，层的材料方向定位。
2）参考矢量V和角度ψ
材料方向也是类似于壳单元属性（如/PROP/TYPE11）由参考矢量V和角度ψ的定义, 首先参考矢量V映射在厚壳或实体单元的中性面上然后再逆时针转过角度ψ就是材料方向1。