复合材料力学小论文3000字

2011年秋季学期复合材料力学

课程小论文

《微纳米尺度复合材料界面强度的研究》

班级： 姓名： 评分： 微纳米尺度复合材料界面强度的研究

课题背景：

复合材料是一大类新型材料，其强度高、刚度大、质量轻，并具有抗疲劳、减振、耐高温、可设计等一系列优点，近40年来，在航空航天、能源、交通、建筑、机械、信患，生物、医学和体育等工程和部门日益得到广泛的应用。

随着微纳米结构加工技术的发展，人类已经能够在微电子器件、微纳米机电系统中实现多种功能。这些期间与系统通常包含沉积于衬底上的部件，比如薄膜、细线或管状结构、岛状结构或点状结构等。它们的三维尺度非常小，其特征尺寸往往处于微米甚至纳米量级。这些器件的构成材料多样，比如陶瓷、金属间化合物、金属、聚合物等。在这些微纳米尺寸的结构中存在的双相材料界面，由于界面两侧材料物性不同导致的变形不匹配，往往会造成界面处应力集中。因此，界面是微纳米结构极易发生失效的位置之一。界面脱黏、剥离、分层破坏是这类材料的制作及其制成品的使用中的主要失效行为。这些界面失效经常会导致器件报废，直接影响其成品率和使用

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

第二章 单向层合板的正轴刚度

本章的一些讲法与讲义次序不同，请同学们注意，另外一些在材料力已阐明的概念，如应力、应变等在这里不再强调，希望大家能自学与复习。

§2—1 正交各向异性材料的特点

? 各向同性材料 ? 各向异性材料

我们这里所指的各向异性材料的特点仅仅是指在不同方向上材料的力学性质不同（机械性能）。 ? 正交各向异性材料

正交各向异性材料是一种特殊的各向异性材料。

其特点为: 这类材料有三个互相垂直的弹性对称面（与弹性对称面对称的点性质相同），在平行方向上的弹性质(力学特性)均相同。

如多层单向板，当不考虑纤维与基体性质的不均匀性，粘结层又很薄可以忽略，即把它写作“连续匀质”材料看，则三个弹性对称面

分别为：与单层平行的面及与它垂直的纵向、横向的两个切面。板上任何两点，在平行方向上的力学性质是一样的。

把这三个弹性平面相交的三个轴称为弹性主轴，也称为正轴。 下图是一种典型的正交个向异性材料，当厚度很小时可处理为正交个向异性板。

用宏观力学处理连续纤维增强复合材料层压板结构时，总是把单向层板作为基本单元来分析层合板。

层合板的组成

增强纤维排列方向一致所粘合的薄层称单向(单层)板（层），有时把很多单层粘合在一起，各

第二章 单向层合板的正轴刚度

本章的一些讲法与讲义次序不同，请同学们注意，另外一些在材料力已阐明的概念，如应力、应变等在这里不再强调，希望大家能自学与复习。

§2—1 正交各向异性材料的特点

? 各向同性材料 ? 各向异性材料

我们这里所指的各向异性材料的特点仅仅是指在不同方向上材料的力学性质不同（机械性能）。 ? 正交各向异性材料

正交各向异性材料是一种特殊的各向异性材料。

其特点为: 这类材料有三个互相垂直的弹性对称面（与弹性对称面对称的点性质相同），在平行方向上的弹性质(力学特性)均相同。

如多层单向板，当不考虑纤维与基体性质的不均匀性，粘结层又很薄可以忽略，即把它写作“连续匀质”材料看，则三个弹性对称面

分别为：与单层平行的面及与它垂直的纵向、横向的两个切面。板上任何两点，在平行方向上的力学性质是一样的。

把这三个弹性平面相交的三个轴称为弹性主轴，也称为正轴。 下图是一种典型的正交个向异性材料，当厚度很小时可处理为正交个向异性板。

用宏观力学处理连续纤维增强复合材料层压板结构时，总是把单向层板作为基本单元来分析层合板。

层合板的组成

增强纤维排列方向一致所粘合的薄层称单向(单层)板（层），有时把很多单层粘合在一起，各

南京工业大学 复合材料原理

第三章 复合材料力学性能 的复合规律课件及作业下载： 邮箱：fuhecailiao2012@ 密码：20122012

南京工业大学 复合材料原理

简要回顾:

1、复合材料的复合效应 2、复合材料的结构与复合效果

3、模型与性能的一般规律

南京工业大学 复合材料原理

第3章 复合材料力学性能的复合规律基本要求:了 解：

复合材料物理和化学性能的复合规律 超细粒子对复合材料力学性能的影响重 点:

连续纤维增强复合材料的力学复合 短纤维增强复合材料的力学复合 粒子复合材料的力学性能 复合材料力学复合的其他问题难 点:

纤维增强复合材料的力学复合，复合材料物理和 化学性能的复合规律

南京工业大学 复合材料原理

第3章 复合材料力学性能的复合规律 研究层次：★ 宏观侧重于对材料实际物理化学等性能的测试研究 ★ 微 观根据材料微观结构以及组成结构的各组份间的相互

作用对材料的“平均性能”进行预测，而非准确的设计数据

研究模型及方法： 细观力学结构模型一种理想的情况：增强体均匀、细弹性、各向同性、间隔相、排 列整齐等等；基体均匀、细弹性、各向同性等等。在处理的方法上则 采用“材料力学”方法和“弹性理论”

宏观模型结构模型材料中

基于Ansys的颗粒增强复合材料力学行为分析

陈 晨

力学与工程学院，结构2010-01班，20104336

【摘要】本文中，将以T6热处理的SiCp/6061A1合金复合材料为研究对象，在细观分析模型的基础上，建立一定的体积代表性单元，将颗粒和基体作为两种材料建立模型，通过施加适当的边界条件，得出复合材料的应力场和应变场，然后进行体积平均，得到等效应力和等效应变，从而对该复合材料的单轴循环应变行为进行有限元分析。 【关键词】固体力学，复合材料力学，Ansys有限元分析

1. 问题描述

颗粒增强铝基复合材料由于其质量轻，刚性好和良好的耐高温性能以及低廉的生产成本和宏观各向同性性能，目前已广泛用于航空航天、机车车辆、运动器械和汽车工业中，例如自行车主架、飞机腹板、汽车传动轴、连杆以及活塞等。这些由复合材料制成的结构构件通常承受的是一种复杂的、非比例的循环交变载荷的作用。

本文主要分析单颗粒增强复合材料，利用Ansys软件将颗粒和基体作为两种材料建立模型，通过施加适当的边界条件得出复合材料的应力场和应变场，进行体积平均得到等效应力和等效应变，从而计算出复合材料的力学性能。

在有限元模型中，各尺寸满足R?4r/3VfΗ且H?2R。边界条件为对称边

复合材料

学号：13032120 姓名：陈孝山

随着航空航天科学技术的不断进步，促进了新材料的飞速发展，其中尤以先进复材料的发展最为突出。飞机用复合材料经过近40年的发展，已经从最初的非承力构发展到应用于次承力和主承力构件，可获得减轻质量20%～30%的显效果。目前进入成熟应用期，对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可疑，其设计、制造和使用经验已日趋丰富。迄今为止，战斗机使用的复合材料占所用1 料总量的30%左右，新一代战斗机将达到40%；直升机和小型飞机复合材料用量将到70%～80%左右，至出现全复合材料飞机。

日前，复合材料主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料，耐高温的纤维增强陶瓷基复合材料，隐身复合材料，梯度功能复合材料等。航天航天制造材料要求质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀，这些苛刻的条件，只有借助新材料技术才能解决。复合材料具有质量轻、较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀性、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温、独特的耐烧蚀性、透电磁波、吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点，是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。 复合材料的分类

现代复合材料按基体

复合材料

学号：13032120 姓名：陈孝山

随着航空航天科学技术的不断进步，促进了新材料的飞速发展，其中尤以先进复材料的发展最为突出。飞机用复合材料经过近40年的发展，已经从最初的非承力构发展到应用于次承力和主承力构件，可获得减轻质量20%～30%的显效果。目前进入成熟应用期，对提高飞机战术技术水平的贡献、可靠性、耐久性和维护性已无可疑，其设计、制造和使用经验已日趋丰富。迄今为止，战斗机使用的复合材料占所用1 料总量的30%左右，新一代战斗机将达到40%；直升机和小型飞机复合材料用量将到70%～80%左右，至出现全复合材料飞机。

日前，复合材料主要指有较高强度和模量的硼纤维、碳纤维、芳纶等增强的复合材料，耐高温的纤维增强陶瓷基复合材料，隐身复合材料，梯度功能复合材料等。航天航天制造材料要求质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀，这些苛刻的条件，只有借助新材料技术才能解决。复合材料具有质量轻、较高的比强度、比模量、较好的延展性、抗腐蚀性、导热、隔热、隔音、减振、耐高(低)温、独特的耐烧蚀性、透电磁波、吸波隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等特点，是制造飞机、火箭、航天飞行器等军事武器的理想材料。 复合材料的分类

现代复合材料按基体

复合材料

随着现在高科技的发展，对材料性能的要求也越来越高，单质材料很难满足各技术产业性能的综合要求及高指标要求。由于复合材料分别具有比强度和比模量高，化学稳定性优良，减摩、耐磨、自润滑性好，耐热性高，韧性和抗热冲击性高，导电和导热性优良等特点，因此受到了各国的高度重视。有些经过特殊设计的复合材料还具有耐烧蚀性、耐辐射性、耐蠕变性以及持殊的光、电、磁性能。这些优良的特性使复合材料在机械、汽车、化工、航空、建筑等领域得到了广泛的应用。复合材料已成为材料发展的必然趋势之一。

第一节 复合材料概论

1.1 复合材料的定义

复合材料是用经过选择的，含一定数量比例的两种或两种以上组元经过人工组合而成的有固定界面的具有特定性质的物质。

复合材料的组成材料虽然保持其相对独立性，但其性能却不是组成材料性能的简单加合，而是有较大改进。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，称为增强相（增强体）。分散相是以独立的形态分布在整个连续相中，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。

复合材料可以是一个连续物理相与一个连续分散相的复合，也可以是两个或者多个连续相与一个或多个分散相在连续相中的复合，复合后的产物为固

复合材料习题

第一章

一、判断题：判断以下各论点的正误。

1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（?） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（?） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（?） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（?） 5、复合材料具有可设计性。（?）

6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（?） 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（?） 8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（?）

二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。 1、金属基复合材料通常（B、D） A、以重金属作基体。 B、延性比金属差。 C、弹性模量比基体低。

D、较基体具有更高的高温强度。

2、目前，大多数聚合物基复合材料的使用温度为（B） A、低于100℃。 B、低于200℃。 C、低于300℃。 D、低于400℃。

3、金属基复合材料的使用温度范围为（B） A、低于300℃。 B、在350-1100℃之间。 C、低于800℃。 D、高于1000℃。

4、混杂复合材料（B、D）

A、仅指两种以上增强材料组成的复合材料。 B、是具有混杂纤维或颗粒增强的复合材料。 C、总被认为是两向编织的复合材料。 D、通常为多层复合材