1、會計學1材料力學性能材料力學性能 復合材料的力學性能復合材料的力學性能 材料材料力學性能力學性能 講義講義12/6/20212第1頁/共60頁12/6/20213第2頁/共60頁12/6/20214本章討論的是作為結構材料使用的纖維復合材料，指以高性能的碳纖維、陶瓷纖維、芳綸（聚對苯二甲酰對苯二胺）纖維、晶須等為增強體，以金屬、陶瓷、聚合物為基體的先進復合材料。第3頁/共60頁12/6/20215第4頁/共60頁12/6/20216第5頁/共60頁12/6/20217第6頁/共60頁12/6/20218(3) 抗疲勞性好n金屬、陶瓷材料的疲勞破壞是沒有明顯預兆的突發性破壞，而纖維復合材料中纖維

2、和基體的界面能阻止裂紋擴展，所以纖維復合材料疲勞破壞總是從纖維的薄弱環節開始，逐漸擴展到結合面上，破壞前沒有明顯預兆。第7頁/共60頁12/6/20219(4) 減振性能好n通過改變纖維、基體的種類和相對含量，纖維集合形式及排布方式等可滿足復合材料結構和性能的設計要求。n復合材料的高比強度、高模量的特點，是由于這種材料受力時高強度、高模量的增強纖維承受了大部分載荷，基體只是作為傳遞和分散載荷給纖維的媒介引起的。(5) 可設計性強第8頁/共60頁12/6/202110第9頁/共60頁12/6/202111第10頁/共60頁12/6/202112n單向復合材料的強度和鋼度都隨方向而改變，有五個特征

3、強度：n（1）縱向抗拉強度、（2）縱向抗壓強度、n（3）橫向抗拉強度、（4）橫向抗壓強度、n（5）面內抗剪強度。n有四個特征彈性常數：n（1）縱向彈性模量、（2）橫向彈性模量、n（3）主泊松比、（4）切變模量。第11頁/共60頁12/6/202113第12頁/共60頁12/6/202114第13頁/共60頁12/6/202115第14頁/共60頁12/6/202116第15頁/共60頁12/6/202117第16頁/共60頁12/6/202118第17頁/共60頁12/6/202119第18頁/共60頁12/6/202120n 是纖維全部分散、互不接觸，獨立時的橫向彈性模量，是橫向彈性模量的最

4、小值；n 是纖維全部接觸、連通時的橫向彈性模量，是橫向彈性模量的最大值。第19頁/共60頁12/6/202121第20頁/共60頁12/6/202122根據纖維與基體軸向并聯模型所得到的切變模量：第21頁/共60頁12/6/202123第22頁/共60頁12/6/202124第23頁/共60頁12/6/202125橫向泊松比：當沿垂直于纖維方向彈性拉伸時，其縱向應變與橫向應變之比：第24頁/共60頁12/6/202126n（一）縱向抗拉強度n玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、陶瓷纖維增強的熱固性樹脂基復合材料的變形特性只有I、IV階段；n金屬基和熱塑性樹脂基復合材料，包含第II階段；n脆性纖維增強復合

5、材料，觀察不到第III階段，而韌性纖維復合材料有第III階段。第25頁/共60頁12/6/202127第26頁/共60頁12/6/202128第27頁/共60頁12/6/202129第28頁/共60頁12/6/202130第29頁/共60頁12/6/202131第30頁/共60頁12/6/202132（二）縱向抗壓強度第31頁/共60頁12/6/202133第32頁/共60頁12/6/202134第33頁/共60頁12/6/202135第34頁/共60頁12/6/202136第35頁/共60頁12/6/202137第36頁/共60頁12/6/202138第37頁/共60頁12/6/202139

6、第38頁/共60頁12/6/202140第39頁/共60頁12/6/202141第40頁/共60頁12/6/202142第41頁/共60頁12/6/202143第42頁/共60頁12/6/202144第43頁/共60頁12/6/202145第44頁/共60頁12/6/202146第45頁/共60頁12/6/202147n復合材料中，基體因強度低，所以在材料受載時先于纖維變形，到復合材料完全斷裂時，纖維周圍的基體也隨之斷裂。(2) 基體變形和開裂n若裂紋穿過基體擴展遇到纖維時，裂紋可能分叉，轉向平行于纖維方向擴展。裂紋可在基體內，也可沿界面擴展，取決于界面與基體的相對強度。如果界面結合較弱，就將

7、使纖維與基體脫膠。(3) 纖維脫膠第46頁/共60頁12/6/202148n這是發生在層合板情況下的一種損傷。當裂紋穿過層合板的一個鋪層擴展時，其尖端遇到相鄰鋪層的纖維，可能受到阻滯。n但因與裂紋尖端相鄰的基體中切應力很高，裂紋可能分枝出來，開始在平行于鋪層平面的界面上擴展，形成分層裂紋。(5) 分層裂紋第47頁/共60頁12/6/202149第48頁/共60頁12/6/202150第49頁/共60頁12/6/202151第50頁/共60頁12/6/202152第51頁/共60頁12/6/202153第52頁/共60頁12/6/202154第53頁/共60頁12/6/202155偶聯劑：是一類具有兩不同性質官能團的物質，它們分子中的一部分官能團可與有機分子反應，另一部分官能團可與 無機物表面的吸附水反應，形成牢固的粘合。偶聯劑在復合材料中的作用在于它既能與增強材料表面的某些基團反應，又能與基體樹脂反應，從而增強了增強材料與樹脂之間粘合強度，提高了復合材料的性能。按偶聯劑的化學結構及組成分為有機鉻絡合物、硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸化合物四大類。 第54頁/共60頁12/6/202156第55頁/共60頁12/6/202157第56頁/共60