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复合材料力学特性

课程学习目标与大纲学习目标本课程旨在帮助学生了解复合材料力学特性的基础知识，掌握分析复合材料力学性能的方法，并具备设计和应用复合材料的能力。课程大纲

复合材料的基本概念

复合材料的分类方法1按基体材料分类主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料等。2按增强体分类主要包括纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、层状增强复合材料等。按应用领域分类

复合材料的发展历史1古代早在古代，人们就开始利用天然材料制造复合材料，例如用木头和稻草制作房屋，用泥土和稻草制作砖块等。220世纪初随着化学工业的发展，人们开始利用合成材料制作复合材料，例如用玻璃纤维增强塑料制作船体和飞机机翼等。320世纪中后期随着航空航天技术的进步，对复合材料的需求不断增加，人们开始研发新型复合材料，例如碳纤维增强塑料、陶瓷基复合材料等。421世纪复合材料应用领域不断扩展，包括汽车、建筑、电子等领域。同时，复合材料的设计和制造技术也得到了显著进步。

纤维增强复合材料的结构特点纤维增强复合材料由基体材料和增强纤维组成，其中增强纤维通常呈连续或不连续排列，在基体材料中起着增强作用。基体材料的主要作用是将纤维结合在一起，并保护纤维免受外界环境的损伤。纤维增强复合材料的结构特点使其具有高强度、高模量、高抗冲击性等优异的力学性能。

基体材料的主要类型热塑性树脂热塑性树脂在加热时可以反复熔化和固化，具有可回收性。常见的热塑性树脂包括聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂等。热固性树脂热固性树脂在加热时会发生不可逆的化学反应，形成固体网络结构。常见的热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。其他基体材料除了热塑性树脂和热固性树脂外，还有金属基体材料、陶瓷基体材料等。

增强纤维的种类与特点玻璃纤维玻璃纤维具有较高的强度、模量和耐腐蚀性，价格低廉，应用广泛。碳纤维碳纤维具有高强度、高模量、低密度等特点，在航空航天、体育器材等领域应用广泛。芳纶纤维芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，在防弹衣、防火服等领域应用广泛。

玻璃纤维的性能特征玻璃纤维是常用的增强材料之一，它具有较高的强度、模量和耐腐蚀性，价格低廉，应用广泛。玻璃纤维的性能特征主要取决于其成分、工艺和结构。玻璃纤维的强度和模量与其直径和表面处理工艺密切相关，而其耐腐蚀性与其成分和表面处理工艺密切相关。

碳纤维的性能特征碳纤维是近年来发展起来的一种新型增强材料，它具有高强度、高模量、低密度等特点，在航空航天、体育器材等领域应用广泛。碳纤维的性能特征主要取决于其原料、生产工艺和结构。碳纤维的强度和模量与其直径、表面处理工艺和碳化温度密切相关，而其耐腐蚀性与其成分和表面处理工艺密切相关。

芳纶纤维的性能特征芳纶纤维是一种高性能纤维，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀等特点，在防弹衣、防火服等领域应用广泛。芳纶纤维的性能特征主要取决于其聚合度、结构和后处理工艺。芳纶纤维的强度和模量与其分子量、结构和取向度密切相关，而其耐高温性和耐腐蚀性与其化学结构和表面处理工艺密切相关。

基体树脂的选择原则选择合适的基体树脂是设计复合材料的关键步骤之一。基体树脂的选择原则主要包括：

1.与增强纤维的相容性

2.力学性能要求

3.加工性能要求

4.价格和供应情况

5.使用环境的要求

环氧树脂的特性与应用环氧树脂是一种常用的热固性树脂，具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐高温等优异性能，在航空航天、电子、汽车等领域应用广泛。环氧树脂的特性主要取决于其分子结构和固化体系。环氧树脂的强度、模量和韧性与其分子量、结构和交联密度密切相关，而其耐腐蚀性和耐高温性与其化学结构和添加剂的类型密切相关。

酚醛树脂的特性与应用酚醛树脂是一种常用的热固性树脂，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在电气绝缘、耐火材料、粘合剂等领域应用广泛。酚醛树脂的特性主要取决于其分子结构和固化体系。酚醛树脂的强度、硬度、耐高温性和耐腐蚀性与其分子量、结构和交联密度密切相关。

聚酯树脂的特性与应用聚酯树脂是一种常用的热塑性树脂，具有高强度、高韧性、耐化学腐蚀等优异性能，在纤维增强复合材料、涂料、瓶体等领域应用广泛。聚酯树脂的特性主要取决于其分子结构和生产工艺。聚酯树脂的强度、韧性和耐腐蚀性与其分子量、结构和加工条件密切相关。

纤维与基体的界面作用纤维与基体的界面作用是复合材料力学性能的重要影响因素之一。界面结合强度决定了复合材料的整体性能，例如拉伸强度、剪切强度、断裂韧性等。良好的界面结合强度可以使纤维和基体材料之间更好地协同作用，提高复合材料的力学性能。而较差的界面结合强度会导致纤维与基体材料之间发生脱粘，降低复合材料的整体性能。

界面结合强度的测试方法界面结合强度的测试方法主要包括：

1.拉伸试验

2.剪切试验

3.剥离试