第四章复合材料(共4学时)(彩色版)

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《复合材料》课程笔记

《复合材料》课程笔记

《复合材料》课程笔记第一章:复合材料概述1.1 材料发展概述复合材料的发展历史可以追溯到古代,人们使用天然纤维(如草、木)与土壤、石灰等天然材料混合制作简单的复合材料,例如草绳、土木结构等。

然而,现代复合材料的真正发展始于20世纪40年代,当时因航空工业的需求,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)。

此后,复合材料技术经历了多个发展阶段,包括碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维的研制和应用。

70年代,芳纶纤维和碳化硅纤维的出现进一步推动了复合材料的发展。

这些高强度、高模量纤维能够与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合,形成了各种具有特色的复合材料。

1.2 复合材料基本概念、特点复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料,它可以发挥各种材料的优点,克服单一材料的缺陷,扩大材料的应用范围。

复合材料具有以下特点:- 重量轻:复合材料通常具有较低的密度,比传统材料轻,有利于减轻结构重量。

例如,碳纤维复合材料的密度仅为钢材的1/5左右。

- 强度高:复合材料可以承受较大的力和压力,具有较高的强度和刚度。

例如,碳纤维复合材料的拉伸强度可达到3500MPa以上。

- 加工成型方便:复合材料可以通过各种成型工艺进行加工,如缠绕、喷射、模压等。

这些工艺能够适应不同的产品形状和尺寸要求。

- 弹性优良:复合材料具有良好的弹性和抗冲击性能,能够吸收能量并减少损伤。

例如,橡胶基复合材料在受到冲击时能够吸收大量能量。

- 耐化学腐蚀和耐候性好:复合材料对酸碱、盐雾、紫外线等环境因素具有较好的抵抗能力,适用于恶劣环境下的应用。

例如,聚酯基复合材料在户外长期暴露下仍能保持较好的性能。

1.3 复合材料应用由于复合材料的优异性能,它们在各个领域得到了广泛的应用。

主要应用领域包括:- 航空航天:飞机、卫星、火箭等结构部件。

复合材料的高强度和轻质特性使其成为航空航天领域的重要材料,能够提高飞行器的性能和燃油效率。

复合材料介绍课件(2024)

复合材料介绍课件(2024)

发展历程
复合材料的发展经历了从天然复合材料到人工合成复合材料的过程。随着科技的不断进步,复合材料的种类和性 能不断得到拓展和提升。
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主要类型与特点
主要类型
根据基体材料的不同,复合材料可分为树脂基复合材料 、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等 。
特点
复合材料具有以下特点
利用复合材料的高比强度 和比刚度特性,制造航天 器的承载结构,如卫星、 火箭等。
航空发动机部件
将复合材料应用于航空发 动机的叶片、机匣等部件 ,提高发动机的推力和效 率。
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汽车轻量化解决方案探讨
车身覆盖件
采用碳纤维复合材料制造车身覆 盖件,如车门、车顶等,降低车 身重量并提高安全性。
底盘结构件
利用复合材料的高强度和耐疲劳 性能,制造汽车底盘的结构件, 如横梁、纵梁等。
数字化与仿真技术
利用数字化建模和仿真技术,对复合材料制品的设计、制 造和性能进行预测和优化,缩短研发周期,降低成本。
绿色制造与可持续发展
开发环保型树脂、可再生资源和生物基复合材料等绿色原 材料,推广清洁能源和低碳技术,实现复合材料的绿色制 造和可持续发展。
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设备选型及参数设置
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设备选型
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市场前景
随着科技的不断进步和环保意识的提高,复 合材料的应用领域将不断扩大,市场需求也 将持续增长。未来,复合材料将在新能源、 智能制造、生物医疗等新兴领域发挥更大的 作用,同时也将面临更高的性能要求和更严
格的环保标准。
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02
复合材料组成与结构
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基体材料选择与性能

《复合材料》PPT课件(2024)

《复合材料》PPT课件(2024)
优异的抗疲劳性能
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。
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良好的减震性能
Hale Waihona Puke 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。
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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。
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建筑领域应用
建筑结构
复合材料可用于制造建 筑结构部件,如梁、板 、柱和墙体等,具有轻 质、高强度和耐腐蚀等 优点。
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建筑材料
复合材料还可作为建筑 材料使用,如复合地板 、复合门窗和复合墙板 等,具有美观、环保和 耐用等特点。
装饰装修
复合材料也可用于建筑 装饰装修领域,如吊顶 、隔断和家具等,具有 多样化的外观和优良的 性能。
X射线衍射(XRD)
分析复合材料的晶体结构和相组成,确定增 强体和基体的晶体类型。
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透射电子显微镜(TEM)
揭示复合材料内部微观结构,如增强体的分 布、取向和缺陷等。
原子力显微镜(AFM)
研究复合材料表面纳米级形貌和力学性质。
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宏观性能测试方法
拉伸试验
测定复合材料的拉伸强度、弹性模量 和断裂伸长率等力学性能指标。
性能变化。
疲劳试验
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研究复合材料在交变应力作用下的疲 劳性能,预测其疲劳寿命和疲劳强度

耐化学腐蚀试验
测试复合材料在不同化学介质中的耐 腐蚀性能,评估其耐酸、耐碱、耐盐 雾等能力。
加速老化试验

2024年复合材料课件

2024年复合材料课件

复合材料课件一、引言二、复合材料的基本概念2.复合材料的组成:复合材料通常由基体和增强体两部分组成。

基体是复合材料中占主导地位的连续相,起支撑和连接作用;增强体是分散在基体中的第二相,起增强作用。

3.复合材料的分类:根据基体和增强体的不同,复合材料可分为聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料和碳基复合材料等。

三、复合材料的性能特点1.力学性能:复合材料具有较高的强度、刚度和韧性,可承受较大的载荷。

同时,复合材料具有良好的疲劳性能和抗冲击性能。

2.耐热性能:复合材料的热稳定性较好,可在较高温度下使用。

复合材料的热膨胀系数较低,具有较好的尺寸稳定性。

3.耐腐蚀性能:复合材料具有良好的耐腐蚀性能,可抵抗酸、碱、盐等介质的侵蚀。

4.导电性能:复合材料具有良好的导电性能,可应用于导电结构件、抗静电材料等领域。

5.磁性能:复合材料具有良好的磁性能,可应用于电机、变压器等设备中的磁性结构件。

6.耐磨性能:复合材料具有良好的耐磨性能,可应用于摩擦磨损部件。

四、复合材料的应用领域1.航空航天领域:复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点,广泛应用于飞机、卫星、火箭等航空航天器。

2.汽车领域:复合材料可应用于汽车零部件、车身、内饰等,减轻汽车重量,提高燃油经济性。

3.建筑领域:复合材料具有良好的耐腐蚀性能和装饰效果,可应用于建筑物的外墙、屋顶、门窗等。

4.能源领域:复合材料可应用于风力发电叶片、太阳能电池板等可再生能源设备。

5.生物医学领域:复合材料具有良好的生物相容性和力学性能,可应用于人工关节、牙科修复等。

6.电子领域:复合材料具有良好的导电性能和热稳定性,可应用于电子元器件的封装、散热等领域。

五、结论复合材料作为一种具有特殊性能的新型材料,已经在众多领域取得了显著的应用成果。

随着材料科学的不断发展,复合材料的性能和应用领域将进一步拓展。

本课件旨在帮助读者了解复合材料的基本概念、分类、性能特点及应用领域,为复合材料的研究和应用提供一定的理论基础。

15第四章-复合材料

15第四章-复合材料
2020/3/22
三、按复合材料的用途分类
1、结构复合材料:以承受载荷为主要目的。主要使用力 学性能,以满足高强度、高模量、耐冲击、耐磨损的 要求。这类复合材料通常由基体材料和增强材料组成 ,其中增强材料起主要作用,由它提供复合材料的刚 度和强度,基本上控制了复合材料的力学性能;基体 材料起配合作用,支持和固定增强材料,改善复合材 料的某些性能。
①对纤维有润湿性,以便在界面上有必要的粘结力,而 将纤维粘结为一个整体;
②具有一定的塑性和韧性,对裂纹起致偏和控制作用; ③能保护纤维表面,不引入裂纹,不发生损伤纤维表面 的反应。
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(3)纤维与基体之间应该有高的且合适的结合强度。 结合强度高,不仅直接有利于整个材料的强度,更重要的
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二、按增强材料的形态分类 1、零维:颗粒增强复合材料。
根据颗粒大小, 又分为弥散颗粒增强复合材料(100~2500Å)和 真正颗粒增强复合材料(微米级)。 2、一维:纤维增强复合材料。 按纤维长短有分为连续纤维增强复合材料、短纤 维增强复合材料和晶须增强复合材料。 按纤维种类有分为玻璃纤维增强复合材料、碳纤 维增强复合材料、硼纤维增强复合材料、芳纶纤 维增强复合材料、金属纤维增强复合材料、陶瓷 纤维增强复合材料。 3、二维:板状复合材料、平面编织复合材料、片状 材料增强复合材料。 4、三维:骨架状复合材料、立体编织复合材料。
复合材料构件制造工艺简单,适合整体成型,即一次 成型。在制备复合材料的同时,也获得了构件,减少了 后续工序。
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复合材料性能不足之处
1、横向拉伸强度和层间剪切强度低。 2、断裂伸长率低,冲击韧性有时不好。 3、制造是产品性能不稳定,分散性大,质检困难

最新-高中化学 第4章 第3节 复合材料课件 鲁科版必修1 精品

最新-高中化学 第4章 第3节 复合材料课件 鲁科版必修1 精品

性好的特点,估计该复合材料的基体和增强体材料可能
分别是
()
A.金属;C
B.陶瓷;SiO2 C.合成树脂;SiO2、Al2O3、MgO D.合成树脂;C
解析 (1)玻璃是常见的硅酸盐材料。制普通玻璃的主要 原料是纯碱、石灰石和石英。生产玻璃时,把原料粉碎后 按一定比例混合后,放入玻璃熔炉中加强热,石灰石与石 英反应生成硅酸钙和二氧化碳,纯碱与石英反应生成硅酸 钠和二氧化碳,但原料中石英是过量的,所以普通玻璃的 成分为硅酸钙、硅酸钠、二氧化硅。(2)由铁矿石炼得的 生铁虽然硬度很大,但较脆且不易加工,人们就想办法降 低生铁中的碳元素的含量,调节其中的硅、锰等元素的含 量,将铁转化为钢,大大改善了其性能。但是,钢铁很容 易锈蚀,于是不锈钢应运而生。因此,铁的应用经历了“铁 ——普通钢——不锈钢等特种钢”的演变过程。(3)复合 材料兼具有基体和增强体的特点,据此可判断,应该为金 属和 C 的复合材料。
2.航空、航天领域中的复合材料 (1)飞机、火箭的机翼和机身以及导弹的壳体、尾翼中 的复合材料,大多是以 纤维 为增强体、 金属 为基体 的复合材料。这些材料具有耐高温、强度高、导电性好、 导热性好、不吸湿和不易老化等优点。作为增强体的纤 维是 碳纤维、硼纤维 、 碳化硅纤维和氧化铝纤维 等 耐热性能好的纤维,其中应用最广泛的是 碳纤维 ;作 为基体的金属用得较多的是铝 、 镁 、 钛 等密度小 的轻金属。
44a+28b 22.4×(a+b)
g·L-1=1.34 g·L-1①
3.36 L
2C+O2 ==△===2CO C+O2 ==△=== CO2
22.4 L
2 mol 22.4 L
1 mol
11.2b L
b mol 22.4a L a mol

复合材料完整版

复合材料完整版

第一章总论1.复合材料: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。

2.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,称为增强材料。

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。

分散相可以是增强纤维,也可以是颗粒状或弥散的填料。

3.复合材料可根据增强材料与基体材料的名称来命名。

将增强材料的名称放在前面,基体材料的名称放在后面,再加上“复合材料”。

4.简述复合材料的分类:⑪按增强材料形态分类:①连续纤维复合材料;②短纤维复合材料;③粒状填料复合材料;④编织复合材料。

⑫按增强纤维种类分类:①玻璃纤维复合材料;②碳纤维复合材料;③有机纤维复合材料;④金属纤维复合材料;⑤陶瓷纤维复合材料。

⑬按基体材料分类:①聚合物基复合材料;②金属基复合材料;③无机非金属基复合材料。

⑭按材料作用分类:①结构复合材料;②功能复合材料。

5.论述复合材料的共同特点,并举例说明。

复合材料是由多相材料复合而成,其共同特点是:①可综合发挥各种组成材料的优点,使一种材料具有多种性能,具有天然材料所没有的性能。

例如,玻璃纤维增强环氧基复合材料,既具有类似钢材的强度,又具有塑料的介电性能和耐腐蚀性能。

②可按对材料性能的需要进行材料的设计和制造。

例如,针对方向性材料强度的设计,针对某种介质耐腐蚀性能的设计等。

、③可制成所需的任意形状的产品,可避免多次加工工序。

例如,可避免金属产品的铸模、切削、磨光等工序。

④性能的可设计性是复合材料的最大特点。

第二章复合材料的基体材料1.简述选择基体的原则:①金属基复合材料的使用要求;②金属基复合材料组成特点;③基体金属与增强物的相容性。

2.聚合物基体的种类:不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物。

3.聚合物基体的作用:把纤维粘在一起;分配纤维间的载荷;保护纤维不受环境影响。

4.不饱和聚酯树脂:是指有线型结构的,主链上同时具有重复酯键及不饱和双键的一类聚合物。

复合材料结构设计教学大纲

复合材料结构设计教学大纲

《复合材料结构设计》教学大纲课程编号:B03080600课程名称:复合材料结构设计英文名称:Architectural Design of Composites课程性质:限选课学时/学分:32/2考核方式:考核内容分为两个部分,即平时成绩(占总成绩的30%)和考试成绩(占总成绩的70%)选用教材:《复合材料结构设计》,王耀先编,化学工业出版社出版,2001年先修课程:复合材料导论、复合材料学、复合材料聚合物基体后继课程:高性能纤维制备及应用、复合材料与工程前沿、纳米复合材料、功能复合材料适用专业及层次:复合材料与工程本科一、课程目标通过本课程的学习,使学生具备下列能力:1.能够准确理解复合材料力学研究、复合材料结构力学研究以及复合结构设计中有关力学的一般规律和基本概念;2.能够运用复合材料结构设计中的基本原理、基本方法,进行复合材料结构设计和新产品开发的基本技能;3.能够把握国内外复合材料结构设计的新技术及工业生产情况;4.能够掌握一种常用的计算机辅助设计软件,进行计算机辅助设计。

三、教学基本内容第一章绪论(支撑课程目标1、4)1.1复合材料的发展与现状1.2复合材料的分类1.3 复合材料力学性能特点1.4复合材料结构设计的特点要求学生:了解复合材料的发展与现状、掌握复合材料的基本概念及分类;掌握复合材料力学性能特点;掌握复合材料结构设计的特点。

第二章单层的刚度与强度(支撑课程目标1、2)2.1 基本概念2.2 单层的刚度2.3 单层的偏轴刚度2.4单层的强度2.5单层的三维应力一应变关系要求学生:掌握正轴、正交各项异性等基本概念;掌握单层刚度的表示方法及应力-应变关系、应变-应力关系推导;单层偏轴刚度与正轴刚度推导;单层强度的表示方法及基本强度准则。

第三章层合板的刚度与强度(支撑课程目标1、2)3.1 层合板简化表示方法3.2 对称层合板的面内刚度3.3 对称层合板的弯曲刚度3.4 一般层合板的刚度3.5 层合板的强度要求学生:掌握层合板简化表示方法;掌握对称层合板面内刚度,层合板强度表示方法及失效准则第四章复合材料结构分析(支撑课程目标1、2)4.l复合材料结构分析的基本问题4.2复合材料梁4.3夹层结构分析4.4复合材料板的弯曲分析要求学生:掌握复合材料结构分析的基本问题,三大方程;复合材料梁、板弯曲分析第五章复合材料连接(支撑课程目标1、2、3)5.1复合材料连接方式5.2胶接连接5.3机械连接要求学生:掌握复合材料胶接连接、机械连接特点、连接方式。

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Weight
Thermal expansion
Stiffness
Strength
Fatigue resistance
两种或多种不同组成、不同存在形式材料的 混合物,各以显著的量存在
4.1 概述
定义2 The union of two or more diverse materials to attain synergestic or superior qualities to those exhibited by individual members 两种或多种不同材料的结合体,可获得协同 的或优于个别材料的质量 CMC 陶瓷材料
εm =
σm
Em
=
5.73MPa = 1.69 ×10 −3 3.4 ×103 MPa
116.4 MPa = = 1.69 ×10 −3 εf = E f 69 ×103 MPa
σf
σc
Ec
=
σf
Ef
Vf +
σm
Em
Vm
复合材料模量预测(2) 由等应力条件:
σc = σf = σm
我们得到:
1 V f Vm = + Ec E f Em
A continuous and aligned glass fiber-reinforced composite consists of 40 vol% of glass fibers having a modulus of elasticity of 69 GPa and 60 vol% of a polyester resin that, when hardened, displays a modulus of 3.4 GPa. (a) Compute the modulus of elasticity of this composite in the longitudinal direction.
4.2.1 应力平行于纤维,等应变
应力符合混合规律:
σc = Vf σf + Vm σm
V:体积分数,σ:应力, f与m分别代表纤维与基体。
模量加和规律
σc = Vf σf + Vm σm σf = Ef εf ,σm = Em εm ,σc = Ec εc
ε代表应变
求受力比
Ff Fm

=
σ f Af σ f V f / l σ f V f = = σ m Am σ mVm / l σ mVm
σfu Vf + σ’m Vm ≥ σmu
4.2.3 基体的塑性流动
可导出发生增强的临界纤维体积分数Vf crit: Position
4.2.4 应力传递
τ σ
V fcrit
σ − σ 'm = mu σ fu − σ 'm
Stress
Stress
σ
Position
σf
πd 2
τ
Stress
l = τπd 4 2
4.1 概述
复合材料按基体分类
高分子材料 PMC 增 强材 料 MMC 金属材料
4.1 概述
复合材料按结构分类
4.2 混合原理
4.2 混合原理
基本假定 纤维与基体必须紧密结合。 纤维必须是连续的或在长度方向上搭接的。 存在一个临界纤维体积分数V f crit,高于此值方 能发生纤维增强。 存在一个临界纤维长度,高于此值方能发生 增强。
Fm 860 N = = 5.73MPa Am 150mm 2 Ff Af = 11,640 N = 116.4 MPa 100mm 2
4.2.2 外力垂直于纤维:等应力
复合材料的应变可表示 为:
Finally, strains are computed as
εc = εf Vf + εm Vm
代入虎克定律:
A continuous and aligned glass fiber-reinforced composite consists of 40 vol% of glass fibers having a modulus of elasticity of 69 GPa and 60 vol% of a polyester resin that, when hardened, displays a modulus of 3.4 GPa. (b) If the cross-sectional area is 250 mm2 and a stress of 50 MPa is applied in this longitudinal direction, compute the magnitude of the load carried by each of the fiber and matrix phases. Solution: First find the ratio of fiber load to matrix load,
Ff Fm=E ff E mVm,Ff Fm
=
(69 GPa)(0.4) = 13 .5 or F f = 13 .5 Fm (3.4 GPa)(0.6)
A continuous and aligned glass fiber-reinforced composite consists of 40 vol% of glass fibers having a modulus of elasticity of 69 GPa and 60 vol% of a polyester resin that, when hardened, displays a modulus of 3.4 GPa. (b) If the cross-sectional area is 250 mm2 and a stress of 50 MPa is applied in this longitudinal direction, compute the magnitude of the load carried by each of the fiber and matrix phases. The total force sustained by the composite Fc: Fc = Acσ = (250 mm2)(50 MPa) = 12,500 N This total load is just the sum of the loads carried by fiber and matrix phases, that is 13.5 Fm + Fm = 12,500 N whereas or Fm = 860 N Ff = Fc - Fm = 12,500 N - 860 N = 11,640 N
For stress calculations, phase cross-sectional areas are necessary: Am = VmAc = (0.6)(250 mm2) = 150 mm2 Af = VfAc = (0.4)(250 mm2) = 100 mm2
Thus,
σm = σf =
A continuous and aligned glass fiber-reinforced composite consists of 40 vol% of glass fibers having a modulus of elasticity of 69 GPa and 60 vol% of a polyester resin that, when hardened, displays a modulus of 3.4 GPa. The cross-sectional area is 250 mm2 and a stress of 50 MPa is applied. (c) Determine the strain that is sustained by each phase when the stress in part b is applied.
4.2.3 基体的塑性流动
基体发生塑性流动时,复合材料的极限强度可表示为:
σcu = σfu Vf + σ’m Vm
其中σfu 是纤维的极限拉伸强度, σ’m 是应变硬化基体的流动应力。 复合材料的极限强度σcu必然高于基体的极限强度:
Ec =
(3.4 GPa)(69 GPa) = 5.5GPa (0.6)(69 GPa) + (0.4)(3.4 GPa)
EXAMPLE PROBLEM 4.2
Compute the elastic modulus of the composite material described in Example Problem 4.1 , but assume that the stress is applied perpendicular to the direction of fiber alignment. SOLUTION According to Equation 17.16,
Naturally Occurring Composites
材料导论
第四章 复合材料
Wood: cellulose fibers in a lignin matrix. Bone: short and soft collagen fibers embedded in a mineral matrix called apatite. Glass fiber reinforced resins have been in use since about the 1940s.
Comparison between conventional monolithic materials and composite materials.
Steel Aluminum Composites
4.1 概述
定义1 A mixture of two or more materials that are distinct in composition and form, each being present in significant quantities (e.g., >5%) 。
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