复合材料力学考试要求和复习要点
复合材料力学考试要求和复习要点
考试要求1、考试要求：笔试，主要包括概念、主要公式及推导、原理图和计算题等形式问题；可带计算器，计算和推导要求有必要的过程；2、看清题的每个问题，概念要清晰、计算要准确；3、请给助教留好联系方式，以便通知考试时间和地点。
复习要点一、基本概念和理论1、非均匀性、各向异性以及正交各向异性的含义。
2、复合材料层合板的典型力学特点，能否举例说明，复合材料的高比强度、高比刚度的优势。
3、掌握几种典型纤维的力学性能。
4、用工程常数表示正交各向异性材料的柔度矩阵。
6、简单层板在任意方向上的应力-应变关系6、正交各向异性简单层板的最大应力、最大应变、蔡-希尔、霍夫曼准则等强度理论表达式及其特点。
7、等强度纤维模型（强度-纤维体积分数示意图、公式及相应的解释）。
8、经典层合理论的基本假设及其A、B、D刚度矩阵表达式。
9、层合板强度分析程序的主要步骤。
10、层间应力产生的原因及危害。
11、复合材料层合板的弯曲、屈曲和振动问题主要解决什么，哪些问题值得关注。
12、Halpin-Tsai计算公式及特点。
二、重点复习题1、利用最小余能原理，证明复合材料弹性模量的下限2、利用材料力学分析方法，推导简单层板弹性模量E1、E2的细观力学表达式3、对每一层性质和厚度都相同，按[0,45,-45,90]s 铺设的层合板来说，下面三个刚度矩阵哪些项为零？4、判断：●层合板层数的增加总会提高X方向或Y方向的轴向刚度●对于力学载荷，A矩阵与叠层顺序无关●对平衡铺层的层合板，刚度矩阵中D16和D26项总是零（平衡铺层：对每一个+α铺层，总存在一个具有相同厚度和材料性质的-α铺层）●[90]10 层合板的轴向刚度Ex比[90]4 层合板的大●对称层合板的D11 和D22具有相同的值5、对于下面铺层的层合板，选择每组正确的一项层合板对称中面层合板对称中面6、什么角度的铺层添加到下面层合板中可以消除拉伸载荷引起的剪切变形7、如果想得到最大的D66，如何改变层合板的铺层顺序8、[0°/±θ/90°]s铺层的层合板A16、A26是否为零；D16和D26的含义是什么？增添什么样的铺层可以减小D16和D269、请简要描述一种典型复合材料制备工艺及采用该工艺制备的典型产品和其力学特点；举例说明先进复合材料在国防、航空、航天领域的应用和作用（注意不涉密）。
复合材料力学
3019《复合材料力学》考试大纲《复合材料力学》全面、系统地阐述了复合材料力学基础、宏观力学和细观力学的基本理论、分析方法和结果，并介绍了混杂复合材料，复合材料疲劳、断裂和连接等专题，以及纳米复合材料、生物／仿生复合材料和智能复合材料等现代新型复合材料及其分析方法。
考试内容及要求如下：第1章单层复合材料的宏观力学分析平面应力下单层复合材料的应力—应变关系，单层材料任意方向的应力—应变关系单层复合材料的强度，正交各向异性单层材料的强度理论第2章复合材料力学性能的实验测定纤维和基体的力学性能测定，单层板基本力学性能的实验测定，其他力学性能实验第3章层合板刚度的宏观力学分析层合板的刚度和柔度，几种典型层合板的刚度计算，层合板刚度的理论和实验比较第4章层合板强度的宏观力学分析层合板强度概述，层合板的应力分析，层合板的强度分析，层合板的层间应力分析第5章湿热效应单层板的湿热变形，考虑湿热变形的单层板应力—应变关系，考虑湿热变形的层合板刚度关系，考虑湿热变形的层合板应力和强度分析第6章层合平板的弯曲、屈曲与振动层合平板的弯曲，层合平板的屈曲，层合平板的振动，层合板中耦合影响的简单讨论第7章若干专题混杂复合材料及其力学分析，金属基复合材料和陶瓷基复合材料，纳米复合材料简介，复合材料的疲劳，复合材料的损伤和断裂，复合材料的蠕变，复合材料的连接，横向剪切的影响第8章复合材料的有效性质和均质化方法尺度和代表单元的概念，细观过渡方法第9章单层复合材料的细观力学分析刚度的材料力学分析方法，强度的材料力学分析方法，短纤维复合材料的细观力学分析，热膨胀的力学分析，刚度的弹性力学分析方法第10章复合材料线性有效模量预测的近似方法宏观整体坐标系和局部坐标系，稀疏方法，Mori—Tanaka方法，自洽方法，微分法，广—1—义自洽方法，Voigt和IReuss界限，复合材料有效热膨胀系数第11章复合材料计算研究方法等效性能计算中的代表体积单元选取与生成，载荷与边界条件的施加，计算分析方法—2—。
复合材料-复习材料及答案
复合材料-复习材料及答案复合材料第⼀章1、材料科技⼯作者的⼯作主要体现在哪些⽅⾯？（简答题）①发现新的物质，测试新物质的结构和性能；②由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改善其微观结构，改善材料的性能；③由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良特性的复合材料。
2、复合材料的定义（名词解释）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合⽽成的⼀种多相固体材料。
3、复合材料的分类（填空题）⑴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。
⑵按不同增强材料形式分类①纤维增强复合材料：②颗粒增强复合材料；③⽚材增强复合材料；④叠层复合材料。
4、复合材料的结构设计层次（简答题）⑴⼀次结构：是指由基体和增强材料复合⽽成的单层复合材料，其⼒学性能取决于组分材料的⼒学性能，各相材料的形态、分布和含量及界⾯的性能；⑵⼆次结构：是指由单层材料层合⽽成的层合体，其⼒学性能取决于单层材料的⼒学性能和铺层⼏何（各单层的厚度、铺设⽅向、铺层序列）；⑶三次结构：是指⼯程结构或产品结构，其⼒学性能取决于层合体的⼒学性能和结构⼏何。
5、复合材料设计分为三个层次：（填空题）①单层材料设计；②铺层设计；③结构设计。
第⼆章1、复合材料界⾯对其性能起很⼤影响，界⾯的机能可归纳为哪⼏种效应？（简答题）①传递效应：基体可通过界⾯将外⼒传递给增强物，起到基体与增强体之间的桥梁作⽤。
②阻断效应：适当的界⾯有阻⽌裂纹的扩展、中断材料破坏、减缓应⼒集中的作⽤。
③不连续效应：在界⾯上产⽣物理性能的不连续性和界⾯摩擦出现的现象。
④散热和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界⾯产⽣散射和吸收。
⑤诱导效应：复合材料中的⼀种组元的表⾯结构使另⼀种与之接触的物质的结构由于诱导作⽤⽽发⽣变化。
2、对于聚合物基复合材料，其界⾯的形成是在材料的成型过程中，可分为两个阶段（填空题）①基体与增强体的接触与浸润；②聚合物的固化。
3、界⾯作⽤机理界⾯作⽤机理是指界⾯发挥作⽤的微观机理。
【复合材料概论】复习重点应试宝典
【复合材料概论】复习重点应试宝典第⼀章总论1、名词：复合材料基体增强体结构复合材料功能复合材料复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的⽅法，在宏观上组成具有新性能的材料。
包围增强相并且相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。
细丝(连续的或短切的)、薄⽚或颗粒状，具有较⾼的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。
它们在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相。
结构复合材料：⽤于制造受⼒构件的复合材料。
功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼，导电，导磁，换能，摩擦，屏蔽等）的复合材料。
2、在材料发展过程中，作为⼀名材料⼯作者的主要任务是什么？（1）发现新的物质，测试其结构和性能；（2）由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改变其显微结构，改善材料的性能；（3）由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良性能的复合材料。
3、简述现代复合材料发展的四个阶段。
第⼀代：1940-1960 玻璃纤维增强塑料第⼆代：1960-1980 先进复合材料的发展时期第三代：1980-2000 纤维增强⾦属基复合材料第四代：2000年⾄今多功能复合材料（功能梯度复合材料、智能复合材料）4、简述复合材料的命名和分类⽅法。
增强材料+（/）基体+复合材料按增强材料形态分：连续纤维复合材料，短纤维复合材料，粒状填料复合材料，编织复合材料；按增强纤维种类分类：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，陶瓷纤维复合材料，混杂复合材料（复合材料的“复合材料”）；按基体材料分类：聚合物基复合材料，⾦属基复合材料，⽆机⾮⾦属基复合材料；按材料作⽤分类：结构复合材料，功能复合材料。
5、简述复合材料的共同性能特点。
(1)、综合发挥各组成材料的优点，⼀种材料具有多种性能；(2)、复合材料性能的可设计性；(3)、制成任意形状产品，避免多次加⼯⼯序。
复合材料（第二版）知识点复习
复合材料（第二版）知识点复习第一章概论1.1物质与材料材料：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质人类（材料）发展的四大阶段：石器时代→青铜时代→铁器时代→人工合成时代1.2复合材料的定义与特点复合材料：由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质，用适当的工艺方法组合起来，而得到的具有复合效应的多相固体材料。
特点：①人为选择复合材料的组分和比例，具有极强的可设计性。
②组分保留各自固有的物化特性③复合材料的性能不仅取决于各组分性能，同时与复合效应有关④组分间存在这明显的界面，并可在界面处发生反应形成过渡层，是一种多相材料简述复合材料的特点。
①比强度、比模量大②耐疲劳性能好，聚合物基复合材料中，纤维与基体的界面能阻止裂纹的扩展，破坏是逐渐发展的，破坏前有明显的预兆。
③减震性好，复合材料中的基体界面具有吸震能力，因而振动阻尼高。
④耐烧蚀性能好，因其比热大、熔融热和气化热大，高温下能吸收大量热能，是良好的耐烧蚀材料。
⑤工艺性好，制造制品的工艺简单，并且过载时安全性好。
1.3组成与命名以增强体和基体共同命名时：玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料p、w、f下标→颗粒、晶须、纤维M MCs金属基复合材料，聚合物基复合材料PMCs, 陶瓷基复合材料CMCs1.4分类按基体：聚合物基，金属基，无机非金属基（陶瓷、玻璃、水泥、石墨）复合材料按纤维增强体种类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、陶瓷纤维按增强体形态：连续纤维，短纤维，颗粒，晶须增强近代的复合材料以1942年制出的玻璃纤维增强塑料为起点第二章增强体2.1增强体（起到增韧、耐磨、耐热、耐蚀等提高和改善性能的作用）纤维是具有较大长径比的材料，具有较高的强度，良好的柔曲性，高比强度，高比模量，与基体相容性好，成本低工艺学好2.1.1玻璃纤维：非晶型无机纤维，二氧化硅（形成骨架，高熔点）和其他元素的碱金属氧化物（二氧化硅提高GF化学稳定性，碱金属降低熔点和稳定性，改善制备工艺）①性能→力学：无屈服无塑性，脆性特征，拉伸强度高，模量较低，直径越小，长度越短，含碱量越低，拉伸强度越高，与水作用强度降低→热性能：耐热性较高，玻璃纤维热处理使微裂纹增加，强度降低→电性能：电绝缘性能优，在纤维表面涂石墨或金属成为导电纤维→玻璃耐酸碱、有机溶剂性能好，玻璃纤维耐蚀性能变差E无碱玻璃纤维：绝缘，机械性能强，耐水性好C中碱玻璃纤维：耐酸性好（酸与硅酸盐生成氧化硅保护膜），耐水性差，A有碱玻璃纤维②结构：微晶结构假说和网络结构假说，GF为无定形结构，三维网状结构，各向同性。
复合材料专业复习要点整理-经典汇总
⑶牌号表示法 （4）折算断裂强度 b
Pb A
100 f 0 N
Pb
纱强度低于单丝强度的原因 ⑴测量标距不同 单丝：10mm， 纱：200mm ⑵各单丝准直不一，不可能同时断裂即分批断裂 ⑶加捻-扭转力 捻度 300 时，影响才明显
.布的品种与规格 ⑴品种 按织法（侧面图）：平纹布、斜纹布、缎纹布 单向布、无捻布、方格布、无纺布（无纬布） ⑵主要规格 表 2-7 经纱、纬纱规格 布的织法：平纹、斜纹、缎纹 布的厚度：反映纤维弯曲程度 布经、纬向纱的排列密度 bL、bT ——指 1cm 宽长度上排了多少根合股纱，反映纱的稀密程度 面密度（织物重量）Gf：单位面积的纤维中重量，g/m2； 拉断力 PB：标距 100mm×25mm 宽度，kg。
冷却速度↑—Tg↑—V↑—密度ρ↓ 4 玻纤性质
力学性能：应力应变关系—直线，脆性特征；强度高，模量低；强度受湿 度影响大 Griffith 微裂缝理论 强度的尺寸效应或体积效应 ① 单丝直径 df 越小，强度越大 ②测试标距 l 愈大，强度愈小 ③纤维强度分散性大
热性能：⑴耐热性(好，但高温下强度下降) ⑵导热系数——低，绝热材 料 电性能：⑴电绝缘性好 ρv= 1011 – 1018 欧.厘米含碱量↑——ρv↓（载流子）
型（IM）、高模型（HM）、超高模型（UHM）
(3) 按碳纤维的制造方法不同分
碳纤维（800-1600℃）、石墨纤维（2000-3000℃）、氧化纤维（预氧化丝
200-300℃）、活性碳纤维和气相沉积碳纤维
. 布的断裂强度
牌号表示法
碳纤维
一、分类：
(1)按先驱体纤维原料的不同
聚丙烯腈基碳纤维 PAN-based
沥青基碳纤维 Pitch-based
复合材料复习提纲
聚合物基复合材料复习总结UD : unidirectional 单向性的Quas-isotropic准各向同性的Cure固化precure 预固化stiffness 刚度stre ngth 强度toughness韧性ILSS层间剪切强度CTE 热膨胀系数(coefficient of thermal expansion)carbon fiber 碳纤维VGCF 气相生长碳纤维(vapor-phase growth)SNCB气相生长纳米碳纤维CNT碳纳米管(carbon nanotub© sizi ng上浆Torayca日本东丽台塑Tairyfil 三菱树脂DialeadPCF:沥青基碳纤维(pitched-based carbon fibe)Glass fiber玻璃纤维C-GF:耐化学腐蚀玻璃纤维A-GF:普通玻纤D-GF:低介玻纤，雷达罩材料E-GF：电工用玻纤(碱金属含量＜1%S-GF高强M-GF高模AF:芳纶纤维(Aramid fiberPPTA:聚对苯二甲酰对苯二胺poly-p-phenylene terephthamide对位芳酰胺纤维Kevlar) PMIA :间位芳酰胺纤维(代表Nomex)DuPo nt杜邦Boron Fiber 硼纤维Alumina Fiber氧化铝纤维Basalt Fiber玄武岩纤维UHMWPE Fiber(ultrahigh molecular weight polyethyle ne)超高分子量聚乙烯纤维BMI :双马来酰亚胺树脂curing age nt固化剂PEEK:聚醚醚酮树脂PEK :聚醚酮树脂PES:聚醚砜树脂PEI :聚醚酰亚胺树脂PPS:聚苯硫醚树脂Epoxy resi n 环氧树脂Un saturated polyester res inTETA:三乙烯四胺(triethylene tetramineDDS:二氨基二苯基砜(diaminodiphenyl sulfone) ；DDM 二氨基二苯基甲烷Vi nyl ester resi n:乙烯基环氧树脂Phe nolic res in 酚醛树脂Prepreg 预浸料uni directi onal prepreg 单向预浸料Pot life 适用期（树脂）workinglife（纤维）Shelf life储存期Res in flowability 树脂流动度Lay Up铺贴Gel time凝胶时间Tack粘性drape铺覆性resi n con te nt树脂含量Fiber areal density 纤维面密度volatile content 挥发分含量Separati on film 分离膜Hon eycomb san dwich con structi on 蜂窝夹心结构In frared spectroscopy 红外光谱ATL: Automated tape-laying自动铺带法（CATL曲面铺带；FATL平面铺带）AFP:纤维自动铺放技术Automated fiber placement Pultrusio n拉挤成型OoA:非热压罐成型工艺out of autoclaveAllowables 许用值design Allowables 设计许用值Robust ness 鲁棒性BVID目视勉强可检ISO国际标准ASTM美国标准HB中国航空标准JC中国建筑材料工业部标准FTIR-ATR傅里叶变换衰减全反射红外光谱法1. 碳纤维PAN 一般采用湿法纺丝？因为干纺生产的纤维中溶剂不易洗净，在预氧化及碳化的过程将会由于残留溶剂的挥发或者分解而造成纤维粘结，产生缺陷。
复合材料考点总结
复合材料考试重点1、复合材料的概念：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。
a.性能—取长补短,协同作用；b.基体—连续相2、聚合物基复合材料:1)、热固性聚合物基复合材料性能特点：(1)比强度、比模量高。
(2)加工性能好(流动性好)，可采用手糊成型、模压成型、缠绕成型、注射成型和挤拉成型等。
(3)过载安全性好：过载而有少数纤维断裂时，载荷迅速重，新分配到未破坏的纤维上。
（4）可具有多种功能性：耐烧蚀性、摩擦学性能、电绝缘性、耐腐蚀性、特殊的光、电、磁学性能。
2）、热塑性聚合物基复合材料性能特点：断裂韧性好；可重复再加工。
3、金属基复合材料特点：导电、导热、耐高温、抗老化好。
4、无机非金属基复合材料特点：耐高温(>1000℃)，耐磨，强度高，硬度大，抗氧化，耐化学腐蚀，热膨胀系数小，但是脆性大。
5、复合材料的增强材料分类：纤维及其织物、晶须、颗粒。
特点：提高抗张强度和刚度、减少收缩，提高热变形温度和低温冲击强度等。
6、芳纶纤维(PPT A：聚芳酰胺纤维)-----聚对苯二甲酰对苯二胺，通过液晶纺丝方法制成，分子链伸直平行排列结且晶度很高。
性能特点：1）、芳纶纤维的力学性能：拉伸强度高，冲击性能好，弹性模量高，断裂伸长高，密度小，有高的比强度与比模量；2）、热稳定性: 180℃下可长期使用；低温下(-60℃)不发生脆化亦不降解, T>487℃时，不熔化，但开始碳化→高温下直至分解也不变形；3）、化学性能:耐介质性良好,但易受酸碱侵蚀,耐水性不好。
7、聚乙烯纤维（Polyethylene, PE）优点：高比强度、高比模量以及耐冲击、耐耐腐蚀、耐紫外线、耐低温、电绝缘等。
缺点：熔点低、易蠕变。
8、高强高模PE纤维：又叫超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维。
与碳纤维、芳纶并称为当今世界三大高科技纤维。
性能特点：强度更高；质量更轻，密度只有0.97g/cm ；化学稳定性更好；具有很好的耐候性；耐低温性好，使用温度可以低至-150℃。
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考试要求
1、考试要求：笔试，主要包括概念、主要公式及推导、原理图和计算题等形式问题；可带计算器，计算和推导要求有必要的过程；
2、看清题的每个问题，概念要清晰、计算要准确；
3、请给助教留好联系方式，以便通知考试时间和地点。
复习要点
一、基本概念和理论
1、非均匀性、各向异性以及正交各向异性的含义。
2、复合材料层合板的典型力学特点，能否举例说明，复合材料的高比强度、高比刚度的优势。
3、掌握几种典型纤维的力学性能。
4、用工程常数表示正交各向异性材料的柔度矩阵。
6、简单层板在任意方向上的应力-应变关系
6、正交各向异性简单层板的最大应力、最大应变、蔡-希尔、霍夫曼准则等强度理论表达式及其特点。
7、等强度纤维模型（强度-纤维体积分数示意图、公式及相应的解释）。
8、经典层合理论的基本假设及其A、B、D刚度矩阵表达式。
9、层合板强度分析程序的主要步骤。
10、层间应力产生的原因及危害。
11、复合材料层合板的弯曲、屈曲和振动问题主要解决什么，哪些问题值得关注。
12、Halpin-Tsai计算公式及特点。
二、重点复习题
1、利用最小余能原理，证明复合材料弹性模量的下限
2、利用材料力学分析方法，推导简单层板弹性模量E1、E2的细观力学表达式
3、对每一层性质和厚度都相同，按[0,45,-45,90]s 铺设的层合板来说，下面三个刚度矩阵哪些项为零？
4、判断：
●层合板层数的增加总会提高X方向或Y方向的轴向刚度
●对于力学载荷，A矩阵与叠层顺序无关
●对平衡铺层的层合板，刚度矩阵中D16和D26项总是零（平衡
铺层：对每一个+α铺层，总存在一个具有相同厚度和材料性质的-α铺层）
●[90]10 层合板的轴向刚度Ex比[90]4 层合板的大
●对称层合板的D11 和D22具有相同的值
5、对于下面铺层的层合板，选择每组正确的一项
层合板对称中面
层合板对称中面
6、什么角度的铺层添加到下面层合板中可以消除拉伸载荷引起的剪切变形
7、如果想得到最大的D66，如何改变层合板的铺层顺序
8、[0°/±θ/90°]s铺层的层合板A16、A26是否为零；D16和D26的含义是什么？增添什么样的铺层可以减小D16和D26
9、请简要描述一种典型复合材料制备工艺及采用该工艺制备的典型产品和其力学特点；举例说明先进复合材料在国防、航空、航天领域
的应用和作用（注意不涉密）。
10、对正交各向异性复合材料如何通过试验确定下述工程常数：E1、E2、E3、ν12、ν21、ν13、ν31、ν23、ν32、G12、G13、G23
11、对简单层板，已知E1=150GPa、E2=15GPa、ν12=0.2，与材料主方向成30度角的E x（30）=40GPa，能否给出与材料成60度角的G xy（60）12、根据下面简单层板的刚度矩阵，分别计算与材料主方向成90和45度时的
Q
ij
13、对横观各向同性复合材料，需要试验确定G12、G13、G23。
但是只能采用拉伸试验，可以采用多个试验，但为节约时间和降低成本，你需要最小化实际试验数量。
给出拟采取的试验，对每个试验确定要施加的应力和要测量的应变？从中可以直接得到什么工程常数；给出用拉伸试验获得的工程常数计算G12、G13、G23的公式。
14、对于一个角度未知的偏轴层合板，
测得
如果已知E x=8.56GPa，确定G xy和相互耦合影响系数η
15、根据下面给出的纤维和基体性能，确定简单层板的E1、E2和ν12、ν21（可选用不同的细观模型）
16、某单元体受力为τxy=σ，θ分别为0、45、90度，已知X=1000MPa，Y=S=40MPa，试用最大应力理论和蔡-希尔强度理论确定σ的最大值17、已知玻璃/环氧单层板的力学性能：E1=3.90X104MPa，
E2=1.30X104MPa，ν12=0.25，G12=0.42X104MPa，求该单层板的柔度矩阵S ij，刚度矩阵Q ij 。
若材料主方向与坐标系夹角为45°，求该坐标系下材料的Q ij
18、证明等厚度4层层合板0/-45/45/90是准各向同性层合板（拉伸刚度Aij与偏轴角θ无关）
19、已知单层板弹性常数E1=9.60X104MPa，E2=2.40X104MPa，ν12=0.40，G12=1.00X104MPa，求正交铺设5层层合板0°/90°0°/90°/0°（每层厚度t=0.1cm）所有的刚度系数
20、已知铝的工程弹性常数E=69GPa，G=26.54GPa， =0.3，给出铝的柔度矩阵分量和刚度矩阵分量。
21、对简单层板，分别说明Q11和E1的物理意义，为什么Q11比E1要大？。