复合材料制备技术第四章复合材料的复合理论

    一、复合材料 增强机制
    1 、 颗粒增强复合材料增强机制
    基体和颗粒共同承受外来载荷;颗粒起着阻碍基体位错运动的作用,从而降低了位错的移动性。另外,复合材料中的裂纹的扩展在颗粒前受阻,发生应力钝化或扩展路径发生偏转,同样可以消耗较多的断裂能,提高材料的强度。


    2、 弥散增强复合材料增强机制
    基体是承受外来载荷的主要相;颗粒起着阻碍基体位错运动的作用,从而降低了错的流动性。另外,复合材料中的裂纹的扩展在颗粒前受阻,发生应力钝化或扩展路径发生偏转,同样可以消耗较多的断裂能,提高材料的强度。


    3.纤维(包括晶须、短纤维)复合材料增强机制基体通过界面将载荷有效地传递到增强相(晶须、纤维等),不是主承力相。[-page-] 
    纤维承受由基体传递来的有效载荷,主承力相。
    受力分析如下:
    假定:纤维、基体理想结合,且松泊比相同;在外力作用下,由于组分模量的不同产生了不同形变(位移),在基体上产生了剪切应变,通过界面将外力传递到纤维上。


    二、复合材料的复合法则―混合定律?
    1、混合定律 (不考虑界面效应时)
    当复合材料满足以下条件:  (连续纤维增强)
   (1)复合材料宏观上是均质的,不存在内应力;
   (2)各组分材料是均质的各向同性及线弹性材料;
   (3)各组分之间粘结牢靠,无空隙,不产生相对滑移。
    复合材料力学性能同组分之间的关系Xc = Xm Vm + XfVf       或  Xc = XfVf  + Xm(1 - Vf) 式中: X:材料的性能,如强度、弹性模量、密度等;V:材料的体积百分比;下脚标 c、m、f  分别代表复合材料、基体和纤维。
    2、连续纤维单向增强复合材料
   弹性模量 、抗张强度、泊松比、剪切强度等性能均符合 混合定律。如果考虑界面效应,通常是在纤维的影响因子前面乘以一个系数。在平行于纤维长度方向的强度计算,主要考虑基体的强度和纤维与基体的结合强度。
    3、短纤维增强复合材料
    短纤维复合材料的强度与纤维长度的关系示意图