北京工商大学复合材料期末考点

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第一章 绪论

四类材料的名称及关系？

见书P1图

复合材料的定义？

国际标准化及其它见书P1

1.“由两种以上不同的原材料组成，并使原材料的性能得到充分发挥，通过复合化而得到单一材料所不具备的性能。 ”（ 岛 村昭治 . 未来を拓く先端材料，工业调查会，1982 ）

2.“把一些个体典型或基本的特性组合，而得到的物质。”（余永宁 等 译. 金属基复合材料导论，北京，冶金工业出版社，1996 ）

3.“由两种以上异质、异形、异性的材料复合而成的新型材料。”（吴人洁，复合材料，天津大学出版社，2000）

【条件】

1.各组元含量>5%。

2.复合材料性能显著优于各组元性能。

3.人工混合。

【广义的复合材料与狭义的复合材料】

广义：不同化学性质的组分组合。

狭义：不同相态的组分组成。

【不同的细节，共同的要点】

1.含两种以上不同的化学相。

2.具有每个组分所不具备的优良性能。

3.人工制造。

复合材料的特点？

复合材料有下述特点：

1.可设计性。

2.某些组分复合后仍保持固有的物理化学性质（区别于化合物和合金），组元间有明显界面。

3.发挥复合协同效应。

4.材料性能对复合工艺的依赖性强。

复合材料的组成和结构？

1.有一相是连续的，称为基体相(Matrix)，另一相是分散的、被基体包容的称为增强相(Reinforcement)。

2.增强相与基体相之间有一个交界面称为复合材料界面(Interface) ，复合材料的各个相在界面上可以物理地分开。

通过在微观结构层次上的深入研究，发现复合材料界面附近的增强相和基体相由于在复合时复杂的物理和化学的原因，变得具有既不同于基体相又不同于增强相组分本体的复杂结构，同时发现这一结构和形态会对复合材料的宏观性能产生影响，所以界面附近这一个结构与性能发生变化的微区也可作为复合材料的一相，称为界面相。

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因此确切地说，复合材料是由基体相、增强相和界面相组成的。

根据复合材料的基体/增强体进行分类，实例。

见书P4

发展趋势

见书P16，20

复合材料的优点：比强度和比模量高，抗疲劳性好，减振能力好，高低温性能优良，破损安全性好，具有特殊性能。

复合材料发展的新领域：功能、多功能、机敏和智能复合材料，纳米复合材料，仿生复合材料。

复合材料发展前景：潜力较大（创新，开发新市场，重视回收利用）。

第二章 基本理论

什么是形数比？形数比的不同与什么相对应？

形数比As：

1.As→∞连续棒状，连续纤维。

2.1<As<∞棒状，不连续纤维。

3.As≈1球状，颗粒。

什么叫颗粒强化或弥散强化？

见书P25

颗粒强化（弥散强化）：

1.基体承担主要载荷。

2.第二相粒子阻碍位错。

例：氧化物弥散强化合金：Al2O3强化铜。

机制：

1.软颗粒：位错切过强化机制。

2.硬颗粒：位错非切过强化机制。

在纤维增强复合材料中，连续纤维增强与短纤维增强各有什么特点？ 见书P36,37

1.连续纤维增强（并联模型，等应变模型）：

复合材料的载荷=基体载荷+纤维载荷 Pc=Pm+Pr

因为P=σ A，所以σ c A c= σ m A m+ σ r A r ----（1）

A c= A m+ A r

A m / A c= V m A r / A c= V r （体积分数）

即（面积分数=体积分数）

（1）式两边同除以A c ，

σ c A c / A c = σ m A m / A c + σ r A r / A c

即σ c = σ m Vm + σ r V r ----（2）

基体与纤维发生同样的应变ε c=ε m=ε r =ε

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（2 ）式两边同除以ε， σ/ ε= E

" E c = E m Vm + E r Vr

2.短纤维增强

①短纤维（不连续纤维）增强复合材料受力时，力学特性与长纤维不同。该类材料受力基体变形时，短纤维上应力的分布载荷是基体通过界面传递给纤维的。

②在一定的界面强度下，纤维端部的切应力最大，中部最小。而作用在纤维上的拉应力是切应力由端部向中部积累的结果。所以拉应力端部最小，中部最大。

什么是纤维的临界长度？在提高材料强度的前提下，应使用长纤维还是短纤

维？

见书P37划线，P38

尽量使用长纤维以提高复合材料的强度。

复合材料的力学解析模型有哪些？

1.层板模型

优点：简便、可预测弹性模量。

缺点：不能预测内应力。

2.切变延滞模型

应力是通过界面由基体传递给纤维,适用于定向排列短纤维。

3.连续同轴柱体模型

仅适用于长纤维未考虑非弹性需满足轴向对称。

4.有限差分和有限元模型

优点：灵活有效，可研究复合材料的局部或整体变形特征。

什么是有限元模型？在复合材料的应用中应注意什么？

见书P64~68

注意事项：充分理解数值方法的基础，边界条件的意义。

1.数学基础

采用有限元法进行应力分析

确定偏微分方程

空间离散化（例如三角形或四边形）

应力函数在节点上或单元内

计算各体积单元的“力”矢量与“刚度”矩阵

建立联立方程组

解该联立方程组

2.建立网格

3.模型单元的镶嵌

物理性能复合法则举例说明：加和特性，传递(乘积)特性，结构敏感特性 见书P45，50，53

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第三章 原材料

纤维：制备，结构和性能特点

玻璃纤维

见书P73

制备：将玻璃加热至熔融状态，使其从漏嘴流出，再进行高速拔丝的方法。而且一般是使用多个漏嘴，同时纺丝。用这种方法既可制备连续纤维，也可以制备短纤维。 结构：以SiO2为原材料添加钙、硼、钠、铁、铝等的氧化物。

例如玻璃纤维表面可能与空气中的水分反应，产生风化，使强度等下降。 性能特点：玻璃纤维的最大特征（性能优势）是拉伸强度高。

金属纤维

见书P76

制备：拔丝。直径可以自由选择。通常10～600μm。

结构：种类：Ta、Mo、W、Nb、Ni与不锈钢纤维等。

性能特点：见书。

碳纤维

见书P77

【制备】碳纤维可以用以下原材料制得：人造丝、石油（或煤的蒸溜残碴）以及PAN等。其特性也因原材料而有所差别。

碳纤维（以沥青为原料）

1.低弹性模量碳纤维

等质沥青纺丝。用于绝热材料、燃料电池电极。导热率高：用于飞机刹车片等碳-碳复合材料。

2.高弹性模量碳纤维

非等质（含液晶）沥青纺丝。

【结构】1.石墨单晶结构：正六边形叠层。

各向异性

面内（垂直于c轴）：E约为1000GPa

与该面垂直（平行c）：35GPa

2.碳纤维直径约8μm。

3.与石墨单晶类似。

【性能特点】热处理温度影响PAN碳纤维性能。

纤维素纤维：复杂应力，石墨化，收得率低。

沥青纤维：原料便宜，收得率高；杂志影响性能。

PAN纤维：基础研究全面，工艺成熟。

硼纤维，SiC纤维

硼纤维 见书P81

制备：硼纤维本身就是一种复合材料。它是以钨丝为芯线，用化学气相沉 …… 此处隐藏：4250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……