第2章复合准则

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1、复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程第第2 2章章 复合材料性能复合准则复合材料性能复合准则 复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程 2.1 复合效应复合效应 复合效应复合效应 是由组分是由组分A和组分和组分B的性能及它们之间所形成的性能及它们之间所形成的界面性能相互作用和相互补充，使复合材料的性能在其组的界面性能相互作用和相互补充，使复合材料的性能在其组分性能的基础上产生线性或非线性的综合性能。分性能的基础上产生线性或非线性的综合性能。 平均效应平均效应 线性复合线性复合 平行效应平行效应 相补效应相补效应 相抵效应相抵效应 乘积效应乘积

2、效应 非线性复合非线性复合 诱导效应诱导效应 系统效应系统效应 共振效应共振效应复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程2.1.1 2.1.1 线性复合效应线性复合效应 1.1.平均效应平均效应 （混合效应）（混合效应） 复合材料的某项性能等于组成复合材料各组分的性能乘复合材料的某项性能等于组成复合材料各组分的性能乘以该组分的体积分数之加和，即以该组分的体积分数之加和，即 式中式中， KC 和和 Ki 分别为复合材料和组分分别为复合材料和组分i i 的某相性能，的某相性能， V Vi 组分组分i 的体积分数的体积分数适合于适合于 复合材料的密度复合材料的密度 单向纤维复

3、合材料的弹性模量和泊松比单向纤维复合材料的弹性模量和泊松比inincVkk复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程 2.2.平行效应平行效应 （混合效应（混合效应） 平行效应平行效应 指复合材料的某项性能与其中某一组分的该性能指复合材料的某项性能与其中某一组分的该性能基本相当，即基本相当，即 如 复合材料的耐腐蚀性与基体基本相当复合材料的耐腐蚀性与基体基本相当 3.3.相补效应相补效应 复合材料的各组分性能相互补充、弥补各自弱点，产复合材料的各组分性能相互补充、弥补各自弱点，产生优良的综合性能生优良的综合性能 ickk 复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与

4、工程本科生课程4. 4. 相抵效应相抵效应 各组分之间性能相互制约，使复合材料的性能低于混合各组分之间性能相互制约，使复合材料的性能低于混合平均值，即平均值，即inincVkk2.1.2 2.1.2 非线性效应非线性效应 是指复合材料的性能不再与组分的对应性能呈线是指复合材料的性能不再与组分的对应性能呈线性关系，使复合材料的某项功能得到强化，从而远超性关系，使复合材料的某项功能得到强化，从而远超过混合平均值。过混合平均值。相乘效应相乘效应 是把两种具有能量（信息）转换功能的组分复合是把两种具有能量（信息）转换功能的组分复合起来，使它们相同的功能得到复合，不同的功能得到起来，使它们相同的功能得到

5、复合，不同的功能得到转换。转换。 如如 （X/YX/Y） （Y/ZY/Z）=X/Z=X/Z复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程 2. 2. 诱导效应诱导效应 指复合材料两相界面上产生诱导作用，使之形成新的界指复合材料两相界面上产生诱导作用，使之形成新的界面层。面层。 如诱导结晶如诱导结晶3. 3. 系统效应系统效应 指将不具备某种性能的各组分通过特定的复合后，使复指将不具备某种性能的各组分通过特定的复合后，使复合材料具有单个组分不具备的新性能。合材料具有单个组分不具备的新性能。 如彩色胶片如彩色胶片 由

6、能分别感应蓝、绿、红的三种感光剂复合由能分别感应蓝、绿、红的三种感光剂复合而成。而成。4. 4. 共振效应共振效应 指组分指组分A A与组分与组分B B复合后，能使复合后，能使A A组分的大多数性能受到抑组分的大多数性能受到抑制，而使其中某一种性能在复合材料中得到突出发挥。制，而使其中某一种性能在复合材料中得到突出发挥。复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程线性效应线性效应非线性效应非线性效应平均效应平均效应相乘效应相乘效应平行效应平行效应诱导效应诱导效应相补效应相补效应共振效应共振效应相抵效应相抵效应系统效应系统效应效应效应效应效应不同复合效应的类别不同复合效应的类

7、别复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程相补效应和相抵相应相补效应和相抵相应AB复合材料可设计性示意图复合材料可设计性示意图复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程1、复合材料的密度一般可以表示如下：c mVm+ fVf；单向纤维复合材料的弹性模量可表示如下：Ec=EmVm+ EfVf；这称之为哪种复合效应（ ） 复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程2、玻璃纤维增强环氧树脂玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的耐腐蚀性能与环氧树脂环氧树脂的耐腐蚀性能基本相当，即复合材料的某项性能与其中某一组分的性能基本相当。这称之为哪种复合

8、效应？（ ）复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程3、对于脆性的高强度纤维增强体与韧性低强度基体复合时，若能得到适宜的界面结合，则复合材料表现出较高的强度和良好的韧性，这称之为哪种复合效应？（ ）复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程4、对于脆性的高强度纤维增强体与韧性基体复合时，若界面结合过强，则复合材料表现出脆性断裂，这称之为哪种复合效应？（ ）复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程5、磁光效应材料与电磁效应的材料进行复合，能得到电光效应复合材料 ，这称之为哪种复合效应？（ ）复合材料材料科学与工程本科生课程复合

9、材料材料科学与工程本科生课程5、结晶的纤维增强体增强非晶基体复合材料中，在一定的条件下可能发生非晶基体的结晶，且其结晶取向在一定程度上与纤维相关。这是哪种复合效应？（ ）复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程2.2 颗粒作为增强体的增强原理颗粒作为增强体的增强原理u 弥散增强原理弥散增强原理（弥散颗粒与基体复合）（弥散颗粒与基体复合）u 颗粒增强原理颗粒增强原理（较大颗粒与基体复合）（较大颗粒与基体复合）复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程2.2.1 2.2.1 弥散强化弥散强化: :弥散强化复合材料是由弥散微粒与基体复合而成。弥散强化复合

10、材料是由弥散微粒与基体复合而成。其强化机理与析出强化机理相似。可用其强化机理与析出强化机理相似。可用OrowanOrowan理论（理论（位错绕过机制）解释。）解释。载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍基体的位错载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍基体的位错运动。这种阻碍能力越大，增强效果越大。运动。这种阻碍能力越大，增强效果越大。位错绕过第二相粒子的机制示意图位错绕过第二相粒子的机制示意图复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程2.2.1 2.2.1 弥散强化弥散强化: :弥散强化复合材料是由弥散微粒与基体复合而成

11、。弥散强化复合材料是由弥散微粒与基体复合而成。其强化机理与析出强化机理相似。可用其强化机理与析出强化机理相似。可用OrowanOrowan理论（理论（位错绕过机制）解释。）解释。载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍基体的位错载荷主要由基体承担，弥散颗粒阻碍基体的位错运动。这种阻碍能力越大，增强效果越大。运动。这种阻碍能力越大，增强效果越大。在剪应力的作用下位错的曲率半径为：imbGR2：基体剪切模量mGb：柏氏矢量：剪应力i复合材料材料科学与工程本科生课程复合材料材料科学与工程本科生课程无论是刃型、螺型还是混合型位错，均有：无论是刃型、螺型还是混合型位错，均有： a常取常取0.51.0，螺型位错取