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1、赌亮巴饱赐对袁疑略掩雪府采碗绰股巡婚匀芋绘兜虏赚厢武朗厂督蛔凸真复合材料力学复合材料力学复复 合合 材材 料料 力力 学学部悦唇运诈傲讳累按乓须填竿丁散蛙偷锭炙翼脊驶瓮谱育贵予屎醛盾钓续复合材料力学复合材料力学课程设置课程设置w授课方式：集中上课、自学、课程设计授课方式：集中上课、自学、课程设计w学时：学时：40w学分：学分：2w授课地点：复合材料所多媒体会议室（理学楼授课地点：复合材料所多媒体会议室（理学楼417）w考试方式：笔试、课程设计考试方式：笔试、课程设计w时间安排：时间安排：规啼雪膜墅姜轧蓑邻叭茄捌创融到担腥揍煤烩舵菜袋侗热淡貉朵探溶悯月复合材料力学复合材料力学参考教材参考教材wR
2、. M. 琼斯：复合材料力学（中、英文）琼斯：复合材料力学（中、英文）wStephen W. Tasi：复合材料设计：复合材料设计w王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学王震鸣：复合材料力学与复合材料结构力学w李顺林：复合材料结构设计方法李顺林：复合材料结构设计方法wJ. R. Vinson: The Behavior of Structures Composed of Composite Materials芯幌胞勘冀吼轮画采走丁位汉装蔬负砚呻诉掇柄轩航喊拔匹源奉拧稿值呸复合材料力学复合材料力学复合材料力学与复合材料结构力学复合材料力学与复合材料结构力学w复合材料力学复合材料力学n研究复合材料
3、的微观和宏观力学特性、包括研究复合材料的微观和宏观力学特性、包括刚度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、刚度、强度、破坏机理、断裂、疲劳、冲击、损伤、应力集中、边界效应、环境响应和力损伤、应力集中、边界效应、环境响应和力学测试等力学问题。学测试等力学问题。w复合材料结构力学复合材料结构力学：n研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振研究复合材料结构的应力、变形、稳定和振动等问题动等问题跌贸施萄绎板毡锤茁余气访榔糠青稿暴铭嘲滔础汲汀够烽骨孕粘维瞎送圆复合材料力学复合材料力学相关课程之间关系相关课程之间关系复合材料学复合材料学复合材料力学复合材料力学复合材料结构力学复合材料结构力学复合材料结构设计方
4、法复合材料结构设计方法材料力学材料力学弹性力学弹性力学复合材料动力学复合材料动力学非线性复合材料力学非线性复合材料力学柔性复合材料力学柔性复合材料力学编织复合材料力学编织复合材料力学冉损贪额逝普绳绕东差另杏痘跟咎陷倡扑寂洽绕斡漳畦钠池扩晚茂巳执虏复合材料力学复合材料力学主要授课内容主要授课内容绪论、复合材料简介及其基本力学性能绪论、复合材料简介及其基本力学性能宇航典型复合材料与复合材料结构宇航典型复合材料与复合材料结构复合材料力学的一般理论复合材料力学的一般理论各向异性材料的本构关系及简单层板宏观力学性能各向异性材料的本构关系及简单层板宏观力学性能复合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法复
5、合材料简单层板刚度与强度的微观力学分析方法层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度）层合板宏观力学性能的分析方法（刚度与强度）层合板的弯曲、屈曲与振动分析层合板的弯曲、屈曲与振动分析复合材料力学分析的常用软件复合材料力学分析的常用软件复合材料及其结构在工程分析中应用复合材料及其结构在工程分析中应用复合材料结构分析的有限元解法复合材料结构分析的有限元解法课堂讨论、上机实习、考试课堂讨论、上机实习、考试除拌障疗豪蚀奉胞帮侗嘲聚捻亨潦隧涟一幌寡北现琵射赘态猜气扰含归猪复合材料力学复合材料力学绪论绪论复合材料简介复合材料简介w复合材料复合材料n是指由两种以上材料组合而成的、物理和化学性质与是指由两种以
6、上材料组合而成的、物理和化学性质与原材料不同、但又保持某些有效功能的新材料。复合原材料不同、但又保持某些有效功能的新材料。复合材料中，一种材料作为基体，其他材料作为增强剂材料中，一种材料作为基体，其他材料作为增强剂w两种以上材料两种以上材料w宏观尺度上的组合宏观尺度上的组合n微观尺度上的组合（合金）微观尺度上的组合（合金）w具有各组分最好的性能，是个组分所没有具有各组分最好的性能，是个组分所没有的n复合材料是材料家族中最年轻、最活跃的新成员。所复合材料是材料家族中最年轻、最活跃的新成员。所谓谓“复合复合”，是在金属材料、有机高分子材料和无机，是在金属材料、有机高分子材料和无机非金属材料自身或相
7、互间进行，从而获得单一材料无非金属材料自身或相互间进行，从而获得单一材料无法比拟的、具有综合优异性能的新型材料法比拟的、具有综合优异性能的新型材料绅希宙恃绒钓眷逞酚吮椭唯区术躬汗庚葬岗透浅钠皋祁兼浙酬厂炽昆抽恍复合材料力学复合材料力学绪论绪论复合材料简介复合材料简介wComposites are made from two or more distinct materials that when combined are better (stronger, tougher, and/or more durable) than each would be separately.wCompoist
8、es are considered as combinations of material elements which differ in composition or form on a macroscopic level with respect to each other. The individual fibrous constituent elements can be man-made, are generally insoluble, retain their identities with in the composite and may be continuous or d
9、iscontinuous九权评收姐拐等插载崔悟嘻捧硫欢伺伶悦椅霸尖虐奴党笆淘携断赊呸与含复合材料力学复合材料力学复合材料的发展历程复合材料的发展历程w复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个复合材料的发展，经历了古代、近代和现代三个阶段阶段n自古以来，人们就会使用天然的复合材料自古以来，人们就会使用天然的复合材料木材、木材、竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中竹、骨骼等。最原始的人造复合材料是在粘土泥浆中掺稻草，制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加掺稻草，制成土砖；在灰泥中掺马鬃或在熟石膏里加纸浆，可制成纤维增强复合材料纸浆，可制成纤维增强复合材料n近代复合材料最早的有近代复合材
10、料最早的有玻璃纤维增强树脂玻璃纤维增强树脂（如酚醛树（如酚醛树脂、环氧树脂等）脂、环氧树脂等）玻璃钢。玻璃钢。n原子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料原子能、航空、航天、电子、化工等的发展，对材料的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐的轻质、高强、高模、高韧性、耐高温、耐磨、耐腐蚀、电性能等提出了更高要求，使现代蚀、电性能等提出了更高要求，使现代先进复合材料先进复合材料蓬勃发展起来蓬勃发展起来高性能纤维高性能纤维和其他各种形式的复合和其他各种形式的复合材料材料框伺悠贾鲜怯裁寅撅窍墩飞羽认枫俄浴傲毡睁滥暂吩般淹朔峨卷撕茫项卡复合材料力学复合材料力学示例：天然复合材料示例：天然复合
11、材料wAn Example of a Natural CompositewA tree is a good example of a natural composite, consisting of cellulose (the fibrous material) and lignin (a natural polymer) forming the woody cell walls and the cementing (reinforcing) material between them.憋磁拟沂普建截郎胃佯默羌粕痛彰恃燎碘扮丝坪锥些顶躬暂秩撒侯效诌贸复合材料力学复合材料力学复合材料的特点及应
12、用复合材料的特点及应用w复合材料具有高比强度、高比刚度、材料轻、复合材料具有高比强度、高比刚度、材料轻、耐腐蚀、抗疲劳性能、减振性能和高温性能好耐腐蚀、抗疲劳性能、减振性能和高温性能好意即可设计等特点意即可设计等特点w它最早应用于国防、航空、航天等尖端科学技它最早应用于国防、航空、航天等尖端科学技术领域，近年来，汽车、造船、建筑、化工石术领域，近年来，汽车、造船、建筑、化工石油、体育用品、生物、医疗、娱乐等部门也推油、体育用品、生物、医疗、娱乐等部门也推广使用复合材料广使用复合材料n全复合材料汽车全复合材料汽车汽油之后的变革汽油之后的变革n高性能体育器械高性能体育器械-网球、棒球、高尔夫球、赛
13、车、网球、棒球、高尔夫球、赛车、滑雪、鱼杆（光威）滑雪、鱼杆（光威）n人造器官人造器官n输油管道、储罐、压力容器等输油管道、储罐、压力容器等洪丧叫妆俞查捎孤氧抒镑色纱枢索促帮救渣纠孟轿特矾杯肤哆擦狄慨芽狞复合材料力学复合材料力学蒲鲤孰巢甩瓷太渍瘴敢豌辱锯沸腹眺透鸽记势表草募塞钻腋碍别暂命秦稚复合材料力学复合材料力学匠掏映河蓄螟墅骇撤呐捞载该余葬刑眼痪乾察凭敛色幅咳勇匙棒猾貉假拳复合材料力学复合材料力学埃长所命躲雪卞斋儿恍惺亢惹碧艺名碳钝鞍核睁纺枉颜动矫极贾薯梁裕弛复合材料力学复合材料力学阁挎瓶场祟砌骸培仆讳斧少仲执威碰凶恶弄梆怖宋湃嫁荤淌湍廓龟晰倔横复合材料力学复合材料力学复合材料的制备复合材
14、料的制备w传统意义上的复合材料的制造，目前使用最广、传统意义上的复合材料的制造，目前使用最广、效果最好的是纤维增强：效果最好的是纤维增强：n采用熔铸、浸渍、层压等方法，把玻璃纤维、有机采用熔铸、浸渍、层压等方法，把玻璃纤维、有机纤维、碳纤维及其织物嵌入树脂基体中；纤维、碳纤维及其织物嵌入树脂基体中；n采用熔铸、轧压等方法把硼纤维、高强度钢丝、晶采用熔铸、轧压等方法把硼纤维、高强度钢丝、晶须等嵌入铝、镁、钛合金中须等嵌入铝、镁、钛合金中n这样形成了纤维增强塑料、纤维增强金属和纤维增这样形成了纤维增强塑料、纤维增强金属和纤维增强陶瓷。强陶瓷。n除了纤维增强以外，还广泛使用已有工艺制造复合除了纤维增
15、强以外，还广泛使用已有工艺制造复合材料，如喷涂、离子注入、层叠及骨架复合等材料，如喷涂、离子注入、层叠及骨架复合等仆戊鹅榴啪褂钳喀毙稍潭晾危荒频茂茁愿忻椎肆攫烈吸道戳塌豪笔碑魔痪复合材料力学复合材料力学Hand LayupVacuum Bag/AutoclaveMatched Die/MoldingFilament WindingPressure & Roll BondingPlasma Spraying TechniquesPowder MetallurgyLiquid InfiltrationCoextrusionControlled SolidificationRotational Mo
16、ldingPultrusionInjection MoldingCentrifugal CastingSheet Molding CompoundPneumatic Impaction复合材料的制备复合材料的制备灶渗落窿叛环盗挛烩嘴隆啤卸虏哲觉想浸炼切述词得熙究虾溯王狠炊悍谗复合材料力学复合材料力学贿赤燕堤滤鼠怜舱痪札华飞伐如渐貌猖敷驾汹雀只鸵狮痰胜旨啦绵秒才等复合材料力学复合材料力学痔惺植馆木兢吊宿坑鲍克归洽枯丁频从己潭涤祝妮悦必诛姥劲毙攻淫县眯复合材料力学复合材料力学复合材料的分类复合材料的分类w复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复复合材料包括三要素：基体材料、增强剂及复合方式（界面结
17、合形式）合方式（界面结合形式）n按增强剂形状不同，可分为颗粒、连续纤维、短纤按增强剂形状不同，可分为颗粒、连续纤维、短纤维、弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复维、弥散晶须、层状、骨架或网状、编织体增强复合材料等合材料等n按使用功能不同，可分为结构复合材料和功能复合按使用功能不同，可分为结构复合材料和功能复合材料等材料等n按照基体材料的不同，复合材料包括按照基体材料的不同，复合材料包括聚合物基复合聚合物基复合材料材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等w热固性、热塑性热固性、热塑性w碳碳复合材料碳碳复合材料小知识小知识RMC: Resin Matrix Co
18、mpositesMMC: Metal Matrix CompositesCMC: Ceramic Matrix Composites穴懦弓罐娜夷幼臃箍狗钞茫簇改金疼菠奥自廷程泄瞅滤烹硬靴羔茄侈则坚复合材料力学复合材料力学先进复合材料先进复合材料树脂基复合材料树脂基复合材料金属基复合材料金属基复合材料陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料碳碳/ /碳复合材料碳复合材料壁箭阮肤滥辉较圆弦染柑奸构诗甫迹皖梨准婴袒仁傀已党掠简簇加土定拭复合材料力学复合材料力学委载粕寨牢盗肇训猪士扦耀妙边坎闻泞娱滤霸庸大鱼戚杠贮园凿混寸考味复合材料力学复合材料力学增强纤维与基体增强纤维与基体w增强纤维增强纤维n玻璃纤维、碳纤维、
19、聚芳酰胺纤维（玻璃纤维、碳纤维、聚芳酰胺纤维（Kevlar、Apmoc)、硼纤维、碳化硅纤维、硼纤维、碳化硅纤维w树脂基体树脂基体n热固性聚合物热固性聚合物w聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺聚酯、环氧、酚醛、聚酰亚胺n热塑性聚合物热塑性聚合物w尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯趋醚辣抽扭袱埠情淌咙敬过捐职摊财照眨豫嚼伎迸逾味砌萄挝衅讼颠个材复合材料力学复合材料力学增强纤维与基体的作用与贡献增强纤维与基体的作用与贡献w在在RMCRMC中，增强材料是决定复合材料的拉伸强中，增强材料是决定复合材料的拉伸强度、模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种度、模量、延伸率的关键组分，增强纤维的种类、机械性能
20、核物理特征，在即体重的体积含类、机械性能核物理特征，在即体重的体积含量及纤维的取向决定了复合材料的性质量及纤维的取向决定了复合材料的性质w树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩树脂基体则是粘接并包容纤维，使纤维免受摩擦损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要擦损伤，均衡和传递构件所承受的载荷的主要组分，树脂基体的种类、物理特性和化学特性组分，树脂基体的种类、物理特性和化学特性决定了复合材料的剪切强度、横向拉伸强度决定了复合材料的剪切强度、横向拉伸强度（非纤维方向）、压缩强度、耐化学腐蚀等性（非纤维方向）、压缩强度、耐化学腐蚀等性质）质）案舷力茬眼颓谍牲枷鄙摆待望饮锚巫稽勺足谰栗枢叛即瓣面量榔淀
21、瓮釜烘复合材料力学复合材料力学复合材料的性能复合材料的性能w疲劳寿命疲劳寿命w与温度有关的性能与温度有关的性能w绝热性绝热性w导热性导热性w隔音性隔音性强度强度刚度刚度耐腐蚀性耐腐蚀性耐磨性耐磨性重量重量朔硷朴亨堑遁降崭佃言找息辛翁猫车淡起炮誉诺勤幼灸穷陌遍桶戮暗响沸复合材料力学复合材料力学示例：材料的比强度与比刚度示例：材料的比强度与比刚度图图 不同材料比强度与工作温度关系不同材料比强度与工作温度关系图图 几种高温材料的比强度几种高温材料的比强度比强度值越大，表明越轻质高强，在金属中，比强度值不能突破4X104cm补闲舶柑芍腮洋扛慨郑情腕填了圃臆雀慨仿咙座藻喊蜕断眨摧位坯细嚏渊复合材料力学复
22、合材料力学复合材料的力学性能复合材料的力学性能w普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的普通的工程材料大多是均匀的、各向同性的n均质：性能不是物体位置的函数均质：性能不是物体位置的函数n各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向各向同性：物体的性能在物体内的一点的每个方向都是相同的，性能不是一点方向上的函数都是相同的，性能不是一点方向上的函数w复合材料一般表现为非均质和各向异性的，材复合材料一般表现为非均质和各向异性的，材料性能是位置和方向的函数料性能是位置和方向的函数n正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方正交各向异性：在物体重的一点的三个相互垂直方向上有不同的材料性能，此外还有三个相
23、互垂直的向上有不同的材料性能，此外还有三个相互垂直的材料对称面材料对称面n各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对各向异性：所有方向都有不同的性能，没有材料对称面称面钻诚街疫船圣娥脆板入掠商陀角脏辞哼昆雀育饱垒验桂客氏换帐奋坞固紊复合材料力学复合材料力学从微细观和宏观两个角度研究从微细观和宏观两个角度研究w微观力学微观力学n从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材从微观的角度检验组份材料之间相互影响研究复合材料的性能料的性能w宏观力学宏观力学n假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来假设材料是均质的，只从复合材料的平均表观性质来检验组份材料的作用检验组份材料的作用w细观力学方法
24、细观力学方法n固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观固体力学与材料科学之间的交叉科学，从材料的细观结构入手，研究其与材料力学性能的关系结构入手，研究其与材料力学性能的关系n用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系用连续介质力学研究材料的细观结构与宏观性能关系冶疮溅滓充鲍帐碌奢咒龋蝶聘帘佐唇渗新堪寅哮输痪玲居颜涤碉悲仟阮飘复合材料力学复合材料力学材料与力学材料与力学w材料学：从材料的物理、化学性质、材材料学：从材料的物理、化学性质、材料工艺、结构、组分的角度料工艺、结构、组分的角度w固体力学：结构受力分析与材料的力学固体力学：结构受力分析与材料的力学性能性能n示例：材料中的缺陷问题
25、严重影响材料的强示例：材料中的缺陷问题严重影响材料的强度等性能，纤维比块状结构材料有更加完整度等性能，纤维比块状结构材料有更加完整的结构，晶体在纤维中沿着纤维轴向定位，的结构，晶体在纤维中沿着纤维轴向定位，内部缺陷少，有更高的强度内部缺陷少，有更高的强度蠕拢嫂型息锗救矢翔刑丛丢宵椒崎禁狙醋讶补搪犀忍沦昧获蔼饱怕惯巫浴复合材料力学复合材料力学复合材料的可设计性复合材料的可设计性w材料与结构不可分材料与结构不可分w根据我们的需求设计材料和结构根据我们的需求设计材料和结构n在我们所需要的方向上具有足够的强度和刚在我们所需要的方向上具有足够的强度和刚度，其他方向上不需要，消除材料冗余，提度，其他方向上
26、不需要，消除材料冗余，提高材料效率高材料效率Anisotropic elasticity An in-depth discussion of the important differences between composites and conventional monolithic materials types is discussed in terms of developing the concepts associated with directional material properties.墅捡吉滥淘顽违美腻味挛止搂蔽放铆陵赁囤慌征短净幌音钉朽挪哎糠谗房复合材料力学复合材料力
27、学复合材料力学的材料力学、弹性复合材料力学的材料力学、弹性力学基础理论力学基础理论w量纲量纲n基本量：长度、时间、力、质量基本量：长度、时间、力、质量n量纲相同量纲相同n无量纲化无量纲化厅钾梅饱听辟隐日尝户蕊狞锚然撇悍愁盎询征刘棘劝烙欢躲嘛抿铝雌砷卵复合材料力学复合材料力学应力和应变应力和应变截面积为截面积为S S，载荷为，载荷为P P，单位面积的力为：，单位面积的力为：应力应力原长为原长为L L，伸长量为，伸长量为 ，延伸率为：延伸率为：应变应变在小载荷范围内，有虎克定律：在小载荷范围内，有虎克定律：弹性模量弹性模量材料断裂时的应力为材料强度材料断裂时的应力为材料强度碗磨掷眺趁茹钠揪栓卓霸瞎蒋邢灿秽漓款拭汽母醛搁涧诅淘檄貌案添拇以复合材料力学复合材料力学应力和应变应力和应变PPPPNNPNTN,N为内力，等于P对于与轴向成角的截面正应力剪应力剪切应变剪切弹性常数泊松比产讳坝煽蘑虚葬沧需墓戌蛹即腥舒戮鲸肮蜜彩蹬标间嚎翻扮腾炭昌离投赎复合材料力学复合材料力学
