纖維增強復合材料應力
① 復合材料力學的特性
材料的強度除以密度稱為比強度；材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量專是衡量材料承屬載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大。這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星、復合電纜支架、復合電纜夾具等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。
復合材料的力學性能可以設計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如，在某種鋪層形式下，材料在一方向受拉而伸長時，在垂直於受拉的方向上材料也伸長，這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應，在平板模上鋪層製作層板，加溫固化後，板就自動成為所需要的曲板或殼體。 纖維增強復合材料一般適合於整體成型，因而減少了零部件的數目，從而可減少設計計算工作量並有利於提高計算的准確性。另外，製作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起，先用模具成型，而後加溫固化，在製作過程中基體由流體變為固體，不易在材料中造成微小裂紋，而且固化後殘余應力很小。
② 纖維復合材料抗斷裂性能好的原因是什麼
復合材料有特性：
1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度；材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大。這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。
2、 復合材料的力學性能可以設計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如，在某種鋪層形式下，材料在一方向受拉而伸長時，在垂直於受拉的方向上材料也伸長，這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應，在平板模上鋪層製作層板，加溫固化後，板就自動成為所需要的曲板或殼體。
3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40～50%，而某些復合材料可高達70～80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始，逐漸擴展到纖維和基體的界面上，沒有突發性的變化。因此，復合材料在破壞前有預兆，可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料製成的直升飛機旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長數倍。
4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大，因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗，碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。
5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下，用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時，彈性模量大幅度下降，強度也下降；而在同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小，因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。
6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料製成的構件超載，並有少量纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配並傳遞到未破壞的纖維上，因此整個構件不至於在短時間內喪失承載能力。
復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合於整體成型，因而減少了零部件的數目，從而可減少設計計算工作量並有利於提高計算的准確性。另外，製作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起，先用模具成型，而後加溫固化，在製作過程中基體由流體變為固體，不易在材料中造成微小裂紋，而且固化後殘余應力很小。
③ 復合材料力學的計算
復合材料力學的計算基礎對研究纖維增強復合材料來說，單向層材料的研究是基本的問題。在研究之前，需要建立一些基本假設，它們是：①纖維是均勻的、線彈性的，並且在同一方向上是均勻排列的；②基體是均勻的、線彈性的，各向同性的；③單向層材料是均勻的，線彈性的、正交各向異性的，纖維和基體在纖維方向的應變是一致的；④多向層材料是線彈性的、各向異性的，在厚度方向上纖維分布是非均勻的。
有了上述假設，第二步是由纖維和基體的彈性常數
確定單向層材料的有效彈性常數。以E、G、ν和V表示彈性模量、剪切模量、泊松比和體積含量（體積的百分比），則單向層材料中基本有效彈性常數粗略估計的理論關系式可寫作：
式中下標L和T分別表示纖維方向和與纖維垂直方向；下標f和m分別表示纖維和基體。在用上述五個公式計算EL、ET、GLT、、之前，需要通過實驗方法測出纖維的彈性常數Ef.、Gf、和基體的彈性常數Em、Gm、。實際上，由於材料中的纖維並非理想直線，以及由於纖維的排列不一定均勻，所以用上述理論關系式計算出的值與實驗數值相比略偏高。利用單向層材料的彈性常數還可進一步計算出多向層材料的彈性常數。
為了提高復合材料有效彈性模量的預報精度，各種細觀力學方法被發展了。稀疏模型(dilute approximation)假設夾雜（增強相）埋於無限大基體中，完全忽略夾雜之間的相互作用，這種忽略會低估復合材料的有效模量（在夾雜模量更大的情況下）。自洽法(self-consistent method) 假設夾雜埋於無限大等效復合材料中，會高估有效模量。Mori-Tanaka法假設夾雜埋在無限大基體中，但無窮遠作用的應力是未知基體的平均應力，並由此計算夾雜的應力集中系數，可以看做是對稀疏模型的推廣，具有較高精度。廣義自洽法(generalized self-consistent method)則取由基體包圍的夾雜為一個代表性體積單元，此單元中夾雜和基體的體積分數與整個復合材料相同，這個代表性體積單元又埋在無限等效復合材料中，是自洽法的發展，精度較高。微分法(differential scheme) 是自洽法的另一種改進，它假設夾雜埋於無限大等效復合材料中，但夾雜是從零開始逐步添加到指定體積分數。進一步還有假設夾雜嚴格周期分布和考慮隨機分布的細觀力學研究。
一般說現在已經能較好預報復合材料的有效彈性性質，但離完全精確預報復合材料的強度還有很大的距離。對於常規材料在很多情況下可忽略剪切變形，但對纖維增強復合材料的多向層板和層殼，由於各層的泊松比不一樣而形成較大的剪切變形。另一方面，層間剪切強度比較低，所以多向層材料的破壞往往從層間的破壞開始。這類破壞在自由邊界，孔的周圍以及幾何尺寸突變或者外載荷突變的部位尤其容易發生，所以層間剪切是多向層材料計算中必須考慮的因素。
常規材料在線彈性范圍內的正交各向異性的應力-應變關系式，可以直接應用到纖維增強復合材料問題的研究中。對於屬於二維問題的正交各向異性單向層材料，應力-應變關系可以表示為：
式中、、為主軸坐標系中的應變分量；、、為主軸坐標系中的應力分量；
上式的另一種寫法為：
式中
單向層板在非主軸方向坐標系中的應力-應變關系，可經坐標變換由上兩式得到。
④ 1-3壓電復合材料制備中如何去內應力
傳統的復合材料理論中，根據增強體或功能體和基體的聯結方式將復合材料的專結構表述為屬10種構型.顆粒為0維,纖維為1維, 片材或層材為2維,塊狀為3維.所謂的0-3即0維顆粒彌散與三維塊狀基體中的形成的復合材料;1-3結構即連續纖維增強復合材料,即FRP.
⑤ 哪些因素會影響到碳纖維復合材料的力學性能
子午纖維科技為您解答：
這個必須看復合材料的成型工藝
確定成型工藝後回再確定原料
廣泛答來說：成型溫度，成型速度，原絲強度，配比都可以影響他的力學性能。
比如拉擠工藝的復合材料和模壓工藝的碳纖維復合材料，就算能保障碳含量和樹脂含量一樣，但因成型工藝不同導致力學性能很大區別，因為成型工藝直接影響成型溫度和速度。
⑥ 什麼是纖維增強金屬基復合材料
金屬基復合材料
6.1金屬基復合材料的種類和基本性能
6.1.1金屬基復合材料的種類
1.按基本分類
（1）鋁基復合材料：良好的塑性和韌性，易加工性、工程可靠性及價格低廉等
（2）鎳基復合材料：高溫性能優良，有望成為燃汽輪機的葉片
（3）鈦基復合材料：高比強度，中溫強度較鋁基好，超音速戰斗機中用鈦合金做蒙皮，主要與硼纖維結合增強
（4）鎂基復合材料：比鋁基更輕，集超輕，高比強度，高比剛度於一體，是航空航天材料的優選材料（dmg=1.74, dAl=2.7）
還有鋅基、銅基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復合材料
2.按增強材料分類
（1）顆粒增強復合材料：增強相超過20%的彌散強化類型，其強度取決於顆粒的直徑、間距和體積比
（2）層狀復合材料：與纖維增強相比，它在平面各個方面上是增強的（二維增強，而不是一維增強）
（3）纖維增強復合材料：有長纖，短纖和晶須三種纖維，長纖亦可以一維纖維，二維布和三維網的方式存在。長纖維在基本中必須定向規整地存在，而短纖和晶須則是隨機任意不定向存在。
6.1.2金屬基復合材料中增強體的性質
金屬基復合材料的增強體主要是無機物和金屬。無機纖維有C纖維、B纖維、SiC, Al2O3、Si3N4纖維等。金屬纖維主要有鈹、鋼、不銹鋼和鎢纖維等。增強顆粒主要是無機非金屬顆粒，包括石墨、SiC, Al2O3、Si3N4、TiC、B3C3等。主要講述纖維增強體。
纖維增強體的基本要求：
A高強度，
B高模量，
C容易製造和價格低廉，
D化學穩定性好，
E纖維的尺寸和形狀: 大直徑圓纖維為好，
F性能的再現性與一致性，
G抗損傷或抗磨損性能
6.1.3金屬基復合材料的強度
纖維增強金屬基復合材料的縱向強度和橫向強度是不同的。
1. 縱向強度(圖6-1，P127)
臨界纖維體積比VF*
當弱纖維斷裂時，將引起三種重要的變化。1）由於破斷纖維失去強度，而使該處截面上的強度降低。2）破斷纖維裂紋周圍的靜應力集中會降低材料的有效強度。3）破斷纖維失去載荷時產生的動應力波會使復合材料受到沖擊，從而降低該處橫斷面上的瞬時承載能力。
2. 橫向強度
復合材料的橫向模量隨著增強材料的含量增加是增加的，但強度的變化是復雜的。因為材料總是在局部斷裂，這並不是平均強度可以衡量的，但總體上基本受纖維嚴重束縛，其斷裂強度理應比純基體材料大。
6.1.4復合材料組分的相容性
包括物理相容性和化學相容性，物理相容性和壓力變化、熱變化時材料的伸縮性能有關，相容性的要求是外部載荷能通過基本均勻傳遞到增強物上，基體上的應力不會增強體的局部過於集中化學相容性則與界面結合、界面化學反應及環境的化學反應有關。
6.2金屬基復合材料的製造工藝
雖然該類復合材料的工藝很多，大致有：粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法、擠壓鑄造法、共噴沉積法、液態金屬浸潤法、液態金屬攪拌法、反應自生法等等，這些方法大多也尚在不斷發展之中，但其基本製造方法可歸納成幾個大類：固態法、液態法和自生成法及其它制備方法。
6.2.1固態法
基體和增強物均為固態。粉末冶金法、熱壓法、熱等靜壓法等包括在此類。
6.2.2液態金屬法
基體處於液態時與增強物復合的方法
6.2.3自生成法和其它方法
在基體內部通過反應生成增強物質的方法
其它方法：如復合塗（鍍）法，將增強物細粒懸浮於鍍液中用電鍍或化學鍍形成復合層。
6.3鋁基復合材料
6.3.1顆粒（晶須）增強鋁基復合材料
增強材料晶須有：SiC,Al2O3,SiO2,BC4,TiC
性能：性能優異，增強顆粒價格低廉，應用前景廣闊，如SiC增強者：有良好的力學性能和耐磨性，拉伸強度和彈性模量都比基體高，且顆粒粒徑越小，顆粒含量越大，強度就越高。耐磨性亦然。
6.3.2纖維增強鋁基復合材料
增強纖維主要有B,C，SiC,Al2O3
1)BF/Al:硼纖維增強材料是最早研究和應用的，其高溫性能尤其突出，在500時的拉伸強度達到500MPa,這是鋁合金材料不可想像的。硼纖維比重：2.5-2.65.硼在鎢絲上化學氣相沉積得到纖維，表面還要加陶瓷塗層增加其抗氧化性能。
製造過程：纖維排列、復合材料組裝壓合和零件層壓。用易揮發的粘結劑將維粘一起並和鋁箔上一起熱壓。
2)C/Al復合材料：碳纖維有優異的力學性能，而價格較低。碳纖維的表面處理很關鍵，
3）SiCF/Al復合材料：特別的高溫抗氧化性能，能在較高溫度下與鋁復合。產品性能。有高的拉伸強度抗彎強度和優異的耐磨性能
4）短纖維增強鋁基復合材料
特點：增強體來源廣，價格低，成形性好，材料性能各向同性，可用傳統工藝成型加工。用氧化鋁和硅酸鋁增強鋁基合金其高溫強度明顯高於基體，彈性模量在室溫和高溫下都有較大的提高，熱膨脹系數小，耐磨性改善。
6.3.3 鋁基復合材料的應用
性能好，但價格昂貴，所以主要用作太空梭、人造衛星，空間站等的結構材料，其次用作導彈構件，自行車架，高爾夫球桿等體育用品上。其民用前景隨造價的降低會很廣泛。
6.4鎳基復合材料（TMCS）
其復合材料有望用於燃氣渦輪發動機的葉片，承受高溫和高負載。
以單晶氧化鋁（藍寶石）晶須和桿增強簡單鎳或鎳鉻合金是主要研究類型。
藍寶石與鎳在高溫下會發生化學反應，所以要進行表面處理，通常是在表面塗鎢。
製造方法主要是將纖維夾在金屬板之間進行熱壓。如熱壓法成功地製造了Al2O3-NiCr復合材料。其工藝是先在桿上塗Y2O3,再塗一層鎢，然後將桿夾在金屬板之間真空於1200℃加壓41.4MPa.
6.5鈦基復合材料（TMCS）
1）金屬鈦耐高溫、耐腐蝕，比重低（4.5g/cm3）,是高性能結構材料的首選材料
主要有顆粒增強和連續纖維增強兩大類.
如用碳化硅顆粒增強時，其硬度和剛度提高，常溫強度比基體有時有所降低，但高溫強度比基體好。
連續纖維復合鈦合金的難度很大，只能用固相復合，因鈦在高溫時易於與纖維反應。硼鈦復合材料是主要研究對象。為了解決鈦在高溫下與基體的反應性，也就是與纖維的相容性問題，提出如下方法：（1）最大限度減小反應的高速工藝；（2）最大限度減少反應的低溫工藝；（3）研究低活性的基體；（4）研製最大限度減小反應的塗層；（5）選擇具有較大反應容限的系列；（6）設計上盡量減小強度降低的影響。
2）應用：主要以用在航空航天用超高速發動機上為目的，但目前也有用在民用上，用作汽車材料和體育器材上。
6.6碳纖維增強金屬基復合材料
1）碳纖維和許多金屬缺乏相容性，目前相容性較好的有鋁鎂鎳鈷等，和鈦等其它金屬復合時會形成碳化物，故需進行表面處理。
2）碳纖維和某些材料復合會有特殊性質，如與銅，鋁和鉛等復合有高的強度，導電性，低摩擦性，低膨脹性（尺寸穩定性）等
3）與碳復合的金屬除鋁是主要的外，還有銅鎂鉛鋅錫鈹等。
4)Cf/Al:對纖維進行增強與鋁的潤濕性處理很關鍵。這樣在熱壓時能很好結合。塗敷金屬或非金屬層是可期待的改性方式。
5）Cf/Ni:電沉積熱壓是主要方法。但低壓時獲得的強度更高，原因是高壓損傷了纖維。
⑦ 復合材料固化過程中內應力的主要來源以及減小內應力的措施
一. 內應力原因：復樹脂固制化大多需要升溫，固化後降溫的過程中，由於纖維與樹脂的熱膨脹系數不同（樹脂的膨脹系數大而纖維的熱膨脹系數幾乎為0），樹脂將會收縮，而纖維變形不大，纖維將受壓，樹脂受拉。這樣纖維和樹脂間界面就會有內應力。
二. 降低內應力的方法我想到的有：1 使用常溫固化的樹脂。2 在固化前對纖維進行預拉伸。
希望能幫到你。
⑧ 如何檢測碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面應力
如何檢測碳纖維/環氧樹脂復合材料的界面應力
碳纖維增強環氧樹脂復合材料是指碳纖維材料和環氧樹脂材料在一起組合而成的新材料，比如悍馬預應力碳纖維板就是碳纖維復合材料，用於建築中的預應力加固。比如悍馬碳纖維布配合碳纖維膠使用，組成的碳纖維復合材料加固房屋建築、橋梁，隧道等。
開爐門溫度越高，零部件內外溫差越大，殘余應力越大。外冷內熱，外部呈現拉應力，內部呈現壓應力。應力過大會導致零部件致命性斷裂。殘余應力在玻鋼院、鋼研院可以測試。
⑨ 簡述復合纖維材料的優點
復合材料有特性：
1、復合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度；材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。比強度和比剛度較高說明材料重量輕，而強度和剛度大。這是結構設計，特別是航空、航天結構設計對材料的重要要求。現代飛機、導彈和衛星等機體結構正逐漸擴大使用纖維增強復合材料的比例。
2、 復合材料的力學性能可以設計，即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式，使復合材料構件或復合材料結構滿足使用要求。例如，在某種鋪層形式下，材料在一方向受拉而伸長時，在垂直於受拉的方向上材料也伸長，這與常用材料的性能完全不同。又如利用復合材料的耦合效應，在平板模上鋪層製作層板，加溫固化後，板就自動成為所需要的曲板或殼體。
3、復合材料的抗疲勞性能良好。一般金屬的疲勞強度為抗拉強度的40～50%，而某些復合材料可高達70～80%。復合材料的疲勞斷裂是從基體開始，逐漸擴展到纖維和基體的界面上，沒有突發性的變化。因此，復合材料在破壞前有預兆，可以檢查和補救。纖維復合材料還具有較好的抗聲振疲勞性能。用復合材料製成的直升飛機旋翼，其疲勞壽命比用金屬的長數倍。
4、復合材料的減振性能良好。纖維復合材料的纖維和基體界面的阻尼較大，因此具有較好的減振性能。用同形狀和同大小的兩種粱分別作振動試驗，碳纖維復合材料粱的振動衰減時間比輕金屬粱要短得多。
5、 復合材料通常都能耐高溫。在高溫下，用碳或硼纖維增強的金屬其強度和剛度都比原金屬的強度和剛度高很多。普通鋁合金在400℃時，彈性模量大幅度下降，強度也下降；而在同一溫度下，用碳纖維或硼纖維增強的鋁合金的強度和彈性模量基本不變。復合材料的熱導率一般都小，因而它的瞬時耐超高溫性能比較好。
6、復合材料的安全性好。在纖維增強復合材料的基體中有成千上萬根獨立的纖維。當用這種材料製成的構件超載，並有少量纖維斷裂時，載荷會迅速重新分配並傳遞到未破壞的纖維上，因此整個構件不至於在短時間內喪失承載能力。
復合材料的成型工藝簡單。纖維增強復合材料一般適合於整體成型，因而減少了零部件的數目，從而可減少設計計算工作量並有利於提高計算的准確性。另外，製作纖維增強復合材料部件的步驟是把纖維和基體粘結在一起，先用模具成型，而後加溫固化，在製作過程中基體由流體變為固體，不易在材料中造成微小裂紋，而且固化後殘余應力很小。
⑩ 短切纖維復合材料力學性能的影響因素
我隨便說說吧，因為短切纖維復合材料性能沒啥優點，所以也沒多少人做這個研究，不過成本低，對於生產來說還是不錯的選擇。
我們以聚丙烯短切纖維增強不飽和聚酯樹脂復合材料為例。
1.纖維長度對復合材料強度的影響
隨著復合材料中纖維長度的增加，其強度也相應增加，但增加到10mm時，其強度逐漸下降。從試樣尺寸可以看出，當纖維長度增加到一定的程度時，纖維受模具的影響自然彎曲，沒有起到很好的增強作用，從而導致復合材料的力學性能有所下降。當然，如果模具型式與復合材料制備工藝改變，那麼復合材料力學性能與纖維長度的關系就有待於進一步研究。
2.短切纖維含量對復合材料的影響
復合材料均由10mm纖維增強不飽和聚酯樹脂的力學性能，當纖維含量達到0.3%時，短切纖維復合材料的彎曲強度、拉伸強度以及沖擊強度出現最大值，當含量小於0.3%時，復合材料的強度隨著纖維含量的增加而增加。主要原因是：纖維含量增加，即體積所佔比率增大，這時會有更多的纖維承擔基體傳遞的載荷，同時纖維所佔比率越大，復合材料斷口拔出的纖維數量也越多，試樣斷裂時所消耗的拔出功也多，因而復合材料的強度也相應提高，當百分含量大於0.3%時，復合材料的強度又降低，原因在於纖維體積含量高，基體所佔比例減少，復合材料成型時，基體間不能很好的粘接，基體傳遞載荷的作用減小，纖維也沒有起到增強的作用，因而復合材料的強度下降。
3.保持纖維長度和百分含量不變，稀釋劑對復合材料強度的影響
復合材料中纖維長度為10mm，百分含量為0.3%時。稀釋劑的加入對復合材料的拉伸強度沒有明顯影響，但是當稀釋劑百分含量增大時，復合材料彎曲強度有所下降，原因是稀釋劑甲基丙烯酸甲酯加入後，使不飽和聚酯樹脂固化後的網狀結構疏鬆，導致彎曲強度下降，而甲基丙烯酸屬於極性分子，自
身也參加了聚合，所以稀釋劑的加入對復合材料的拉伸強度和沖擊強度沒有明顯的影響。
4.此外還需考慮界面的影響，纖維本身性能的影響，基體材料的影響、基體纖維的受力分配，加工時的熱膨脹系數、材料的能量耗散機制。單從界面講就包括界面結合強度、界面熱物理相容性、界面熱化學相容性。
太多了，不過這中材料本身性能就不好，研究那麼多意義不大啊，呵呵。
打字很辛苦，記得給分呀O(∩_∩)O~