復合材料的復合效應

1、12 2 復合材料的復合效應復合材料的復合效應本章主要內容：將對材料復合的一般規(guī)律作簡要的討論本章主要內容：將對材料復合的一般規(guī)律作簡要的討論 2 本節(jié)內容：本節(jié)內容： 掌握：掌握：1 1）復合效應的分類及其特點；）復合效應的分類及其特點； 2 2）0-30-3、1-31-3、2-22-2、2-32-3、3-33-3型結構。型結構。 理解：理解：復合材料的結構。復合材料的結構。32 21 1 材料的復合效應材料的復合效應 就其產生復合效應的特征，分為兩大類就其產生復合效應的特征，分為兩大類： 一次函數一次函數y=kx+b 叫線性函數叫線性函數, ,它的圖象是它的圖象是一條直線一條直線。 非一次

2、函數非一次函數( (如如y=x2, , y=k/x, , y=sinx.).)都叫非線性函都叫非線性函數數, ,它們的圖象都它們的圖象都不是直線不是直線。 與一次函數相關的一次方程叫線性方程與一次函數相關的一次方程叫線性方程, ,一次方程組叫一次方程組叫線性方程組。線性方程組。 線性指量與量之線性指量與量之間成間成關系。關系。非線性指量與量非線性指量與量之間成之間成關系關系 。線性效應線性效應 非線性效應非線性效應 4表表2 21 1 不同復合效應的類別不同復合效應的類別線性效應線性效應非線性效應非線性效應平均效應平均效應相乘效應相乘效應平行效應平行效應誘導效應誘導效應相補效應相補效應共振效應

3、共振效應相抵效應相抵效應系統(tǒng)效應系統(tǒng)效應效應效應效應效應5現就這兩大類效應中的各種效應分別加以敘述如下：現就這兩大類效應中的各種效應分別加以敘述如下：1 1）、平均效應）、平均效應 表示為：表示為：是復合材料所顯是復合材料所顯示的最典型的一示的最典型的一種復合效應。種復合效應。PcPmVm+PfVfEc=EmVm+ EfVfP P材料性能；材料性能；V V為材料體積含量；為材料體積含量；c c復合材料；復合材料；m m基體；基體；f f增強體（功能體）增強體（功能體）62)2)、平行效應、平行效應 顯示這一效應的復合材料，其組成復合材料的各組顯示這一效應的復合材料，其組成復合材料的各組分在復合

4、材料中，均保留本身的既無制約，也無補償。分在復合材料中，均保留本身的既無制約，也無補償。 EgEg: :增強體增強體( (如纖維如纖維) )與基體與基體界面結合很弱的復合材界面結合很弱的復合材料所顯示的復合效應，料所顯示的復合效應，可以看作是平行效應?？梢钥醋魇瞧叫行?。73)3)、相補效應、相補效應 組成復合材料的基體與增強體，在性能上能互補，從組成復合材料的基體與增強體，在性能上能互補，從而提高了綜合性能，則顯示出相補效應。而提高了綜合性能，則顯示出相補效應。 EgEg：對于脆性的高強度纖維增強體與韌性基體復合時，對于脆性的高強度纖維增強體與韌性基體復合時，兩相間若能得到適宜的結合而形成的

5、復合材料，其性能顯兩相間若能得到適宜的結合而形成的復合材料，其性能顯示為增強體與基體的互補。示為增強體與基體的互補。4 4）、相抵效應）、相抵效應 基體與增強體組成復合材料時，若組分間性能相互制基體與增強體組成復合材料時，若組分間性能相互制約，限制了整體性能提高，則復合后顯示出相抵效應。約，限制了整體性能提高，則復合后顯示出相抵效應。 EgEg: :脆性的纖維增強體與韌性基體組成的復合材料，脆性的纖維增強體與韌性基體組成的復合材料，當兩者界面結合很強時，復合材料整體顯示為脆性斷裂。當兩者界面結合很強時，復合材料整體顯示為脆性斷裂。 85 5）、相乘效應）、相乘效應 EgEg: :把具有電磁效應

6、的材料與具有磁光效應的材料復合時，把具有電磁效應的材料與具有磁光效應的材料復合時，將可能產生復合材料的電光效應。因此，通?？梢詫⒁环N具將可能產生復合材料的電光效應。因此，通?？梢詫⒁环N具有兩種性能互相轉換的功能材料有兩種性能互相轉換的功能材料X XY Y和另一種換能材料和另一種換能材料Y YZ Z復合起來，可用下列通式來表示，即：復合起來，可用下列通式來表示，即：XYYZ XZ 式中，式中，X X、Y Y、Z Z分別表示各種物理性能。上式符合乘積表分別表示各種物理性能。上式符合乘積表達式，所以稱之為相乘效應。這樣的組合可以非常廣泛，已達式，所以稱之為相乘效應。這樣的組合可以非常廣泛，已被用于設

7、計功能復合材料。常用的物理乘積效應見表被用于設計功能復合材料。常用的物理乘積效應見表2.22.2。 兩種具有轉換效應的材料兩種具有轉換效應的材料復合在一起，有可能發(fā)生復合在一起，有可能發(fā)生相乘效應。相乘效應。9表表2 22 2 復合材料的乘積效應復合材料的乘積效應A A相性質相性質 X/YX/YB B相性質相性質 Y/ZY/Z復合后的乘積性質復合后的乘積性質(X/Y)(Y/Z)(X/Y)(Y/Z)X/ZX/Z壓磁效應壓磁效應磁阻效應磁阻效應壓敏電阻效應壓敏電阻效應壓磁效應壓磁效應磁電效應磁電效應壓電效應壓電效應壓電效應壓電效應場致發(fā)光效應場致發(fā)光效應壓力發(fā)光效應壓力發(fā)光效應磁致伸縮效應磁致伸縮

8、效應壓阻效應壓阻效應磁阻效應磁阻效應光導效應光導效應電致效應電致效應光致伸縮光致伸縮閃爍效應閃爍效應光導效應光導效應輻射誘導導電輻射誘導導電熱致變形效應熱致變形效應壓敏電阻效應壓敏電阻效應熱敏電阻效應熱敏電阻效應10 6 6）、誘導效應）、誘導效應 在一定條件下，復合材料中的一組分材料可以通過誘導在一定條件下，復合材料中的一組分材料可以通過誘導作用使另一組分材料的結構改變而改變整體性能或產生新的作用使另一組分材料的結構改變而改變整體性能或產生新的效應。這種誘導行為已在很多實驗中發(fā)現，同時也在復合材效應。這種誘導行為已在很多實驗中發(fā)現，同時也在復合材料界面的兩側發(fā)現。料界面的兩側發(fā)現。 EgEg

9、：結晶的纖維增強體對非晶基體的誘導結晶或晶形基結晶的纖維增強體對非晶基體的誘導結晶或晶形基體的晶形取向作用。體的晶形取向作用。117 7）、共振效應）、共振效應 兩相鄰的材料在一定條件下，會產生機械的或電、磁兩相鄰的材料在一定條件下，會產生機械的或電、磁的共振。的共振。 EgEg：a a、復合材料其固有頻率不同于原組分的固有頻率，、復合材料其固有頻率不同于原組分的固有頻率，當復合材料中某一部位的結構發(fā)生變化時，復合材料的固當復合材料中某一部位的結構發(fā)生變化時，復合材料的固有頻率也會發(fā)生改變有頻率也會發(fā)生改變 。 b b、吸波材料、吸波材料 8 8）、系統(tǒng)效應）、系統(tǒng)效應 這是一種材料的復雜效應

10、，至目前為止，這一效應的這是一種材料的復雜效應，至目前為止，這一效應的機理尚不很清楚。機理尚不很清楚。EgEg：交替疊層鍍膜的硬度。：交替疊層鍍膜的硬度。 作業(yè)：作業(yè)： 材料復合效應的分類？材料復合效應的分類？122.2 2.2 復合材料的結構與復合效果復合材料的結構與復合效果 材料的合成和制備及材料的組成、結構與性能的關系，材料的合成和制備及材料的組成、結構與性能的關系，是材料科學討論的主要內容。對復合材料來說，復合材料是材料科學討論的主要內容。對復合材料來說，復合材料的結構和復合效果也是復合材料科學的主要研究內容。的結構和復合效果也是復合材料科學的主要研究內容。 2.2.1 2.2.1 復

11、合材料的結構類型復合材料的結構類型 復合材料的性質取決于各組分特性、含量和分布情況。復合材料的性質取決于各組分特性、含量和分布情況。 對不同類型的復合體系，需引入對不同類型的復合體系，需引入“連通性連通性”的概念。的概念。 13基本思想：基本思想： 復合體系中的任何相，在空間的零維、一維、二維或三復合體系中的任何相，在空間的零維、一維、二維或三維方向上是相互連通的，因而任意彌散和孤立的顆粒的連通維方向上是相互連通的，因而任意彌散和孤立的顆粒的連通性為性為0 0，是零維材料，是零維材料(0(0維維) )，而包圍它們的介質是網絡體狀的，而包圍它們的介質是網絡體狀的連續(xù)材料，連通性為連續(xù)材料，連通性

12、為3 3，即是三維材料，即是三維材料(3(3維維) )；纖維狀材料的；纖維狀材料的連通性為連通性為1 1，是一維材料，是一維材料(1(1維維) )；相應的片狀材料連通性為；相應的片狀材料連通性為2 2，即二維材料即二維材料(2(2維維) )。 14可以得到：可以得到： 1 1）、兩相復合體系有）、兩相復合體系有l(wèi)0l0種可能的連通性復合材料結構種可能的連通性復合材料結構( (0-00-0、0-10-1、0-20-2、0-30-3、1-11-1、1-21-2、1-31-3、2-22-2、2-32-3、3-33-3) )；2 2）、三個相組成的復合體系結構有）、三個相組成的復合體系結構有2020種

13、可能存在的連通性；種可能存在的連通性；3 3）、四個相時，它可能存在）、四個相時，它可能存在3535種連通性。種連通性。 15歸納：歸納：復合材料中含有幾個組分相時，按照不同的聯(lián)結復合材料中含有幾個組分相時，按照不同的聯(lián)結方式可能組成方式可能組成C C種連通結構：種連通結構：！3n)3n(Cn16幾種典型復合材料結構：幾種典型復合材料結構：(1)0-3(1)0-3型結構型結構 這是基體為三維連續(xù)相，而增強體或功能這是基體為三維連續(xù)相，而增強體或功能體以不連續(xù)相的微粒狀分布在基體中的結構狀態(tài)。體以不連續(xù)相的微粒狀分布在基體中的結構狀態(tài)。0-3型型17(2)1-3(2)1-3型結構型結構 這種結構

14、的基體仍為三維連續(xù)相，而增強這種結構的基體仍為三維連續(xù)相，而增強體則為纖維狀一維材料。體則為纖維狀一維材料。 1-3型型18(3)2-2(3)2-2型結構型結構 這是一種由兩種組分材料呈層狀疊合而這是一種由兩種組分材料呈層狀疊合而成的多層結構復合材料。成的多層結構復合材料。2-2型型19(4)2-3(4)2-3型結構型結構 在這類復合材料結構中，基體相仍為三在這類復合材料結構中，基體相仍為三維連續(xù)相，而增強體或功能體為二維結構的片狀材料。維連續(xù)相，而增強體或功能體為二維結構的片狀材料。2-3型型20(5)3-3(5)3-3型結構型結構 這種結構的基體相為三維連續(xù)相，而增強這種結構的基體相為三維

15、連續(xù)相，而增強體或功能體為三維網狀結構或塊狀結構鑲嵌在基體之中。體或功能體為三維網狀結構或塊狀結構鑲嵌在基體之中。3-3型型212 22 22 2 材料的復合效果材料的復合效果 對于不同組分形成的復合材料，根據組分特點和復合特對于不同組分形成的復合材料，根據組分特點和復合特點，對材料有著不同的復合效果，可以大致歸結為以下幾個點，對材料有著不同的復合效果，可以大致歸結為以下幾個方面。方面。2 22 22 21 1 組分效果組分效果 在復合材料的基體和增強體在復合材料的基體和增強體( (或功能體或功能體) )的物理機械性能的物理機械性能確定的情況下，僅僅把相對組成作為變量，不考慮組分的幾確定的情況

16、下，僅僅把相對組成作為變量，不考慮組分的幾何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等復雜變量影響時產生的效果稱為何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等復雜變量影響時產生的效果稱為組分效果。組分效果。 復合材料中的相對組成，通常用到體積分數和質量分數復合材料中的相對組成，通常用到體積分數和質量分數等。等。加和特征：加和特征：復合材料的某一性能是各組分性能的按體積分數復合材料的某一性能是各組分性能的按體積分數的平均值。的平均值。 復合材料的某些基本物理參數，如密度、比熱容，往往復合材料的某些基本物理參數，如密度、比熱容，往往是近似具有加和作用的組分效果。是近似具有加和作用的組分效果。 22cVVV/11cWWW/11 33221

17、1111WWWWV 332211111VVVVW體積分數與質量分數：體積分數與質量分數：用密度計算體積分數與質量分數：用密度計算體積分數與質量分數：23S2R2r2RS2r232RrVf（六邊形陣列）（六邊形陣列） 24RrVf( (正方形陣列）正方形陣列） rVsf132221( (六邊形陣列）六邊形陣列） rVsf12142( (正方形陣列）正方形陣列） 24 在復合材料單向板中，所有纖維都互相平行排列，對在復合材料單向板中，所有纖維都互相平行排列，對于圓形纖維間按理想分布時，纖維的體積百分數與纖維半于圓形纖維間按理想分布時，纖維的體積百分數與纖維半徑有何關系，并推導。徑有何關系，并推導。

18、232RrVf推導：推導：23660sin22216RRRS纖維的面積為：纖維的面積為：232RrVf所以：所以：構成六邊形，單位截面上，其面積構成六邊形，單位截面上，其面積222336rrrSS2R2r25S2R2r由于由于S2R2r232RrVf得：得：rVRf21)32(rVsf132221由：由：所以：所以：26對于纖維相互接觸時，即對于纖維相互接觸時，即r rR R時，時，V Vf f達到最大值。達到最大值。對于六邊形陣列：對于六邊形陣列：V Vfmaxfmax0.9070.907對于正方形陣列：對于正方形陣列：V Vfmaxfmax0.7850.78527結構效果結構效果本節(jié)要點：

19、本節(jié)要點：1 1）、掌握形態(tài)效果、尺度效果；）、掌握形態(tài)效果、尺度效果；2 2）、掌握界面效果；）、掌握界面效果；3 3）、理解形狀效果。）、理解形狀效果。282 22 22 22 2 結構效果結構效果 所謂結構效果是復合材料性能用組分性能和組成來描所謂結構效果是復合材料性能用組分性能和組成來描述時，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等可變述時，必須考慮組分的幾何形態(tài)、分布狀態(tài)和尺度等可變因素產生的效果。因素產生的效果。 這類效果往往可以用數學關系描述。這類效果往往可以用數學關系描述。 幾何形態(tài)效果幾何形態(tài)效果( (形狀效果形狀效果) ) 結構效果結構效果 分布狀態(tài)效果分布狀態(tài)效果( (取

20、向效果取向效果) ) 尺度效果尺度效果 291 1）、幾何形態(tài)效果）、幾何形態(tài)效果( (形狀效果形狀效果) ) 該效果也可表示出相的連續(xù)和不連續(xù)效果。對于結構該效果也可表示出相的連續(xù)和不連續(xù)效果。對于結構效果，其決定因素是組成中的連續(xù)相。效果，其決定因素是組成中的連續(xù)相。 對于對于0 0維分散質維分散質，V Vf f為為0.740.74，此時復合材料的性能在不，此時復合材料的性能在不考慮界面效果的情況下，仍決定于連續(xù)相考慮界面效果的情況下，仍決定于連續(xù)相( (基體基體) )的性質。的性質。對于對于1 1維連續(xù)相時，可能會顯示出對復合材料性能的支配作維連續(xù)相時，可能會顯示出對復合材料性能的支配作

21、用。用。2 2）、分布狀態(tài)效果）、分布狀態(tài)效果( (取向效果取向效果) ) 對于對于1-31-3型、型、2-32-3型、型、2-22-2型乃至型乃至3-33-3型復合結構，增強型復合結構，增強體或功能體的幾何取向對復合材料性能有著明顯的影響。體或功能體的幾何取向對復合材料性能有著明顯的影響。 對于對于1-31-3型的結構，在增強體的軸向與徑向，復合材料型的結構，在增強體的軸向與徑向，復合材料性能有著明顯的差異。性能有著明顯的差異。 對于對于2-32-3型和型和2-22-2型結構的復合材料，在增強體或功能型結構的復合材料，在增強體或功能體的平面平行方向和平面垂直方向其性能截然不同。體的平面平行方

22、向和平面垂直方向其性能截然不同。 3-3 3-3型的復合材料，主要根據增強體本身在不同方向上型的復合材料，主要根據增強體本身在不同方向上的特性，可顯示出取向效果。的特性，可顯示出取向效果。3031EgEg：2-22-2型復合結構，在增強體所在平面的垂直方向上型復合結構，在增強體所在平面的垂直方向上施加外力時，成為串聯(lián)式結構，則彈性模量為：施加外力時，成為串聯(lián)式結構，則彈性模量為：ffmmcEVEVE12-2型型 E為彈性模量，為彈性模量，V為組分的體積分數，角為組分的體積分數，角標標m、f、c分別表示基體、增強體、和復合分別表示基體、增強體、和復合材料。材料。32ffmmcEEVEE平行于增強

23、體平面方向上施加外力時，則成為并聯(lián)式結平行于增強體平面方向上施加外力時，則成為并聯(lián)式結構，此時的彈性模量為：構，此時的彈性模量為：2-2型型 E為彈性模量，為彈性模量，V為組分的體積分數，角為組分的體積分數，角標標m、f、c分別表示基體、增強體、和復合分別表示基體、增強體、和復合材料。材料。33 3 3）、尺度效果）、尺度效果 分散質尺度大小的變化，會導致其表面物理化學性能分散質尺度大小的變化，會導致其表面物理化學性能的變化，諸如比表面積、表面自由能的變化以及它們在復的變化，諸如比表面積、表面自由能的變化以及它們在復合材料中的表面應力的分布和界面狀態(tài)的改變，從而使復合材料中的表面應力的分布和界

24、面狀態(tài)的改變，從而使復合材料性能發(fā)生變化。合材料性能發(fā)生變化。 EgEg：Si0Si02 2粉末分散于粉末分散于PMMAPMMA中所得的復合材料；中所得的復合材料； 纖維增強水泥基復合材料中纖維的長短及分布；纖維增強水泥基復合材料中纖維的長短及分布； 纖維增強石膏基復合材料；纖維增強石膏基復合材料； 纖維增韌陶瓷復合材料。纖維增韌陶瓷復合材料。 342 22 22 23 3 界面效果界面效果 復合材料的界面效果是基體與增強體或功能體復合效復合材料的界面效果是基體與增強體或功能體復合效果的主要因素。只有界面效果的存在，才能充分地顯示復果的主要因素。只有界面效果的存在，才能充分地顯示復合材料的各種

25、優(yōu)越性能。界面結構合材料的各種優(yōu)越性能。界面結構( (物理結構和化學結構物理結構和化學結構) )的變化會引起復合材料性能的明顯變化。的變化會引起復合材料性能的明顯變化。 EgEg：在玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂時，玻璃纖維用在玻璃纖維增強不飽和聚酯樹脂時，玻璃纖維用不同的處理劑處理。不同的處理劑處理。 界面除了可以作為復合材料的一個組分而對材料有各界面除了可以作為復合材料的一個組分而對材料有各種物理性能影響外，其物理結構、化學結構及其尺度的變種物理性能影響外，其物理結構、化學結構及其尺度的變化都會有不同于其他組分相的作用。化都會有不同于其他組分相的作用。 351023484624321c（MPa

26、）f（MPa）圖圖2-3 2-3 復合材料應力復合材料應力c c 與玻璃纖維應力與玻璃纖維應力f f的關系的關系1-1-表面甲基硅油處理；表面甲基硅油處理；2-2-未處理；未處理；3-NDZ-1013-NDZ-101處理；處理；4-KH-5704-KH-570處理處理36界面問題界面問題表面：表面：把物體與空氣接觸的面叫該物體的表面。把物體與空氣接觸的面叫該物體的表面。液體表面液體表面液體與飽和了的空氣所接觸的面。液體與飽和了的空氣所接觸的面。固體表面固體表面固體與它接觸的空氣面。固體與它接觸的空氣面。界面：界面：把幾個不同相相互交界部分叫把幾個不同相相互交界部分叫“界面界面”。 界面包括表面

27、，比表面范圍大。界面包括表面，比表面范圍大。37聚 苯 板聚和物砂漿聚 苯 板3839表面？表面？40412.3 2.3 復合材料的模型及性能的一般規(guī)律復合材料的模型及性能的一般規(guī)律本節(jié)重點：本節(jié)重點：1 1、材料模型化的方法；、材料模型化的方法；2 2、建立材料模型包含的主要內容及應該考慮的問題；、建立材料模型包含的主要內容及應該考慮的問題；3 3、掌握同心球殼模型及同軸圓柱模型；、掌握同心球殼模型及同軸圓柱模型；4 4、復合材料的傳遞性質。、復合材料的傳遞性質。422.3 2.3 復合材料的模型及性能的一般規(guī)律復合材料的模型及性能的一般規(guī)律 目的：目的：預測和分析復合材料性能，為復合材料性

28、能的預測和分析復合材料性能，為復合材料性能的設計奠定基礎。設計奠定基礎。 基礎：基礎：涉及不同學科的有關理論。涉及不同學科的有關理論。 根據復合系統(tǒng)特點和性能，經過分析、抽象、簡化，根據復合系統(tǒng)特點和性能，經過分析、抽象、簡化，建立分析性能的材料微觀結構模型，再運用連續(xù)介質的有建立分析性能的材料微觀結構模型，再運用連續(xù)介質的有關理論，確定在給定宏觀作用場下，組分相的微觀作用場關理論，確定在給定宏觀作用場下，組分相的微觀作用場和響應場，進而得到宏觀響應場，這是材料科學中性能研和響應場，進而得到宏觀響應場，這是材料科學中性能研究的一般方法。根據宏觀作用場和響應場的關系，即可確究的一般方法。根據宏觀

29、作用場和響應場的關系，即可確定復合材料的性能。定復合材料的性能。 先經過先經過四步驟四步驟43材料模型化的方法材料模型化的方法 待確定復合待確定復合體系性能體系性能材料的微觀材料的微觀結構模型結構模型相微觀作用相微觀作用場場Ii,響應場響應場Oi連續(xù)介質理連續(xù)介質理論論給定宏觀作給定宏觀作用場用場I有效性能有效性能O= (I)宏觀響應場宏觀響應場O模型化模型化OdVVOO1）（O表示宏觀響應場，表示宏觀響應場，V表示單元體積表示單元體積44 2 23 31 1 復合材料的模型復合材料的模型前提條件：前提條件：模型化的過程也必需忽略一些因素模型化的過程也必需忽略一些因素建立材料的微觀模型往往包含

30、兩方面內容：建立材料的微觀模型往往包含兩方面內容：一是材料的幾何結構模型；一是材料的幾何結構模型；二是材料的物理模型。二是材料的物理模型。 注意：注意：在建立材料模型時，首先應確立坐標系和材料在建立材料模型時，首先應確立坐標系和材料的主軸方向，往往以主軸方向為參考坐標的主軸方向，往往以主軸方向為參考坐標 即計算場量的即計算場量的理論和方法理論和方法45 確立材料的確立材料的結構模型結構模型時，主要以時，主要以材料的相幾何形態(tài)材料的相幾何形態(tài)和和性能規(guī)律性能規(guī)律為依據。為依據。1 1）、相幾何形態(tài)，模型中的相幾何形態(tài)必須充分表達實）、相幾何形態(tài)，模型中的相幾何形態(tài)必須充分表達實際材料的幾何形態(tài)；

31、際材料的幾何形態(tài)； 2 2）、復合體系中組分的相含量，模型中組分的相含量）、復合體系中組分的相含量，模型中組分的相含量( (體體積分數積分數) )必須與實際材料組分的相含量相等；必須與實際材料組分的相含量相等；3 3）、復合體系中組分相的狀態(tài)分布，這種狀態(tài)分布往往）、復合體系中組分相的狀態(tài)分布，這種狀態(tài)分布往往采用統(tǒng)計的特征。采用統(tǒng)計的特征。 EgEg：1-31-3型型復合材料：復合材料： 46（X2，Y2，Z2）l（0，0，0）xyz圖圖2.4 纖維取向的坐標系表征纖維取向的坐標系表征47 除上述三個必須考慮的因素外，有時還必須考慮其除上述三個必須考慮的因素外，有時還必須考慮其他因素，諸如相

32、間作用因素等。他因素，諸如相間作用因素等。 物理模型物理模型的確立往往以結構模型為依據，針對某一的確立往往以結構模型為依據，針對某一物理性能和結構特征，進行場量計算。在討論和運用物物理性能和結構特征，進行場量計算。在討論和運用物理模型中，重要的是利用相結構的對稱性等特征進行簡理模型中，重要的是利用相結構的對稱性等特征進行簡化；利用組分相物理性質差異簡化?；?；利用組分相物理性質差異簡化。 如纖維復合材料中因纖維的軸向強度顯著大于基體如纖維復合材料中因纖維的軸向強度顯著大于基體強度而忽視基體強度；根據物理性質特點進行簡化。強度而忽視基體強度；根據物理性質特點進行簡化。 單向復合材料的細觀力學分析模

33、型，可以歸結為四單向復合材料的細觀力學分析模型，可以歸結為四個方面，即單元體、增強體、基體及增強體與基體形成個方面，即單元體、增強體、基體及增強體與基體形成的界面。的界面。 48表表2 23 3 單向復合材料模型的基本假設單向復合材料模型的基本假設名稱名稱基基 本本 假假 設設單元體單元體宏觀均勻、無缺陷、增強體與基體性能恒定、線彈性宏觀均勻、無缺陷、增強體與基體性能恒定、線彈性增強體增強體勻質、各向同性、線彈性、定向排列、連續(xù)勻質、各向同性、線彈性、定向排列、連續(xù)基基 體體勻質、各向同性、線彈性勻質、各向同性、線彈性界界 面面粘結完好粘結完好( (無孔隙、滑移、脫粘等無孔隙、滑移、脫粘等)

34、)、變形協(xié)調、變形協(xié)調49 根據復合材料組分中增強體根據復合材料組分中增強體(或功能體或功能體)和基體的幾何和基體的幾何形態(tài)，常見的幾何結構模型有以下幾種。形態(tài)，常見的幾何結構模型有以下幾種。 2311 同心球殼模型同心球殼模型圖圖2.5 復合材料的同心球殼模型復合材料的同心球殼模型50 主要針對的是主要針對的是0-3型復合材料。增強體或功能體為不型復合材料。增強體或功能體為不連續(xù)相，而基體為連續(xù)相。連續(xù)相，而基體為連續(xù)相。 在該模型中，把材料的微觀結構看作是同心球殼組成在該模型中，把材料的微觀結構看作是同心球殼組成 33)(ifmffrrrrV333)()(mfiffiirrrrrrVifm

35、VVV1對于非球形體微粒增強體，對于非球形體微粒增強體，rd(0.75Vf/)1/3代替代替rf。 特點：特點：各向同性材料。各向同性材料。增強體為增強體為f，界面相為界面相為i，基體相為基體相為m。5152 主要適合于主要適合于1-3型復合型復合結構，特別是高取向度結構，特別是高取向度(單向單向)復合材料。復合材料。 特點：特點：具有具有xoy面內各向面內各向同性特點，也具有同性特點，也具有z軸方向軸方向上的等徑同軸圓柱面內同性上的等徑同軸圓柱面內同性特征。特征。 在該模型中，各組分相的在該模型中，各組分相的體積含量分別為：體積含量分別為： 圖圖2.6 復合材料的同軸圓柱模型復合材料的同軸圓柱模型2312 同