混雜復(fù)合材料

1、混在復(fù)合材料概述:以玻璃鋼為代表的現(xiàn)代復(fù)合材料自從上世紀(jì)四十年代問(wèn)世以來(lái)，迅速發(fā)展成為一個(gè)舉足輕重的工業(yè)材料。滲透到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。隨后，以硼、碳、芳綸等纖維為增強(qiáng)材料的先進(jìn)復(fù)合材料在宇航、航空領(lǐng)域也得到了迅速發(fā)展。概念：混在復(fù)合材料是指將兩種或兩種以上的增強(qiáng)體增強(qiáng)同一基體或多種基體而制成的復(fù)合材料。因此混雜復(fù)合材料可以看成是兩種或多種纖維或顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的相互復(fù)合。分類按照基體分，混雜復(fù)合材料可分為金屬基混雜復(fù)合材料、陶瓷基混雜復(fù)合材料、樹(shù)脂基混雜復(fù)合材料和多種基體復(fù)合的混雜復(fù)合材料。按照增強(qiáng)體分，可以分為混雜纖維復(fù)合材料，混雜顆粒復(fù)合材料以及纖維和顆粒混雜復(fù)合材料。當(dāng)增強(qiáng)體和基體都

2、多于一種的混雜復(fù)合材料稱為超混雜復(fù)合材料?；祀s復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式研究表明，影響混雜纖維復(fù)合材料性能的因素很多，除了一般復(fù)合材料性能的影響因素之外，還與所用混雜纖維的類型，混雜比，混雜方式有關(guān)，其中增強(qiáng)纖維的混雜方式也稱混雜復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式的影響尤為重要?；祀s復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形式大致可分為1 層內(nèi)混雜復(fù)合材料 它是由兩種纖維按比例均勻分散在同一基體中構(gòu)成，2 層間混雜復(fù)合材料 由兩種不同的單纖維復(fù)合材料單層以不同比例及方式交替鋪設(shè)構(gòu)成3 夾芯結(jié)構(gòu) 由一種單纖維復(fù)合材料芯層和另一種單纖維復(fù)合材料表層組成。4 層內(nèi)/層間混雜復(fù)合材料5 超混雜復(fù)合材料 由金屬材料，各種單一復(fù)合材料（包括蜂窩夾芯或泡沫

3、塑料夾芯等）組成 如鋁/芳綸-環(huán)氧層合板混雜方式對(duì)力學(xué)性能影響實(shí)例：UHMWPE纖維/T300混雜復(fù)合材料的混雜方式圖中小直徑代表T300(7.3m左右),大直徑代表UHMWPE纖維(2030m)。層內(nèi)混雜時(shí),兩種纖維有(a)、(b)兩種可能的分布形式,(a)相當(dāng)于兩種纖維單纖級(jí)的層內(nèi)混雜,纖維在樹(shù)脂基體中分布均勻且很好地嵌合在一起,樹(shù)脂基體均勻地分布于纖維之間,因此出現(xiàn)(a)分布方式的混雜有利于提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。(b)相當(dāng)于兩種纖維束級(jí)的層內(nèi)混雜,在模壓過(guò)程中粗纖維受到的壓力較大,兩種纖維有趨于最緊密結(jié)構(gòu)的趨向,而纖維間的空隙會(huì)被直徑細(xì)小的碳纖維及樹(shù)脂填充,造成樹(shù)脂基體在一部分纖維的周

4、圍分布不均勻,因此混雜復(fù)合材料中(b)不如(a)分布均勻。在制備纖維混雜復(fù)合材料時(shí)很難做到單纖級(jí)的混雜,通常是用纖維束間的混雜方式來(lái)進(jìn)行層內(nèi)混雜。這種層內(nèi)混雜的方式雖然使得纖維在分布均勻性上不如(a),但是比層間混雜方式(c)、(d)的分布均勻。在層間混雜(c)、(d)的結(jié)構(gòu)中,大量的是(d)結(jié)構(gòu),在受力時(shí)容易從UHMWPE纖維層之間開(kāi)裂,因此,層間混雜復(fù)合材料的力學(xué)性能要比層內(nèi)混雜復(fù)合材料的差。UHMWPE纖維/T300混雜復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度隨T300質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化圖1 混雜復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度圖2 混雜材料的層間剪切強(qiáng)度從以上兩圖中可以看出,UHMWPE纖維/T300混雜復(fù)合材

5、料的彎曲強(qiáng)度及ILSS隨著T300質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加,在T300質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)的彎曲強(qiáng)度及ILSS與混雜方式有很大的關(guān)系,層內(nèi)混雜復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度及ILSS要好于層間混雜復(fù)合材料,層內(nèi)混雜方式所得復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度及ILSS比層間混雜的高11.5倍?；祀s效應(yīng)混雜纖維復(fù)合材料由于采用兩種纖維混雜，復(fù)合材料的性能出現(xiàn)綜合效果。某些性能，在一定條件下符合混合律關(guān)系，而另一些性能則與混合律關(guān)系出現(xiàn)正的（偏高）或負(fù)的（偏低）偏差。人們普遍地將此偏離混合律關(guān)系的現(xiàn)象稱為“混雜效應(yīng)”?；祀s效應(yīng)是混雜纖維復(fù)合材料所特有的一種現(xiàn)象，不僅與材料的組分結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)，而且還與混雜的結(jié)構(gòu)類型、受力形式、界面狀況，

6、以及對(duì)能量的不同響應(yīng)等有關(guān)。正確理解與應(yīng)用混雜效應(yīng)是發(fā)揮混雜纖維復(fù)合材料等特性的重要工作。引起混雜效應(yīng)的因素混雜纖維復(fù)合材料承受各種形式載荷會(huì)引起各種破壞過(guò)程。破壞的形式多種多樣，如基體開(kāi)裂、界面脫膠、纖維斷裂、拔出、分層損傷、擴(kuò)展及整體斷裂等。這些形態(tài)可能分別發(fā)生、也可能幾個(gè)同時(shí)發(fā)生、由于混雜纖維復(fù)合材料存在兩種以上纖維，增加了界面類型、界面數(shù)、各種纖維的力學(xué)性能差異以及相互協(xié)調(diào)制約等，使由此而引起的“混雜效應(yīng)”十分復(fù)雜。 1.制造工藝的熱收縮一般而言，混雜纖維復(fù)合材料體系中兩咱纖維的熱膨脹系數(shù)存在差異，這兩種纖維在復(fù)合材料固化后，由于不同的熱收縮造成零載時(shí)兩種纖維所處的受力狀態(tài)不同。如碳纖

7、維（CF）/玻璃纖維（GF）混雜復(fù)合后，由于熱收縮造成零載時(shí)，CF受壓，GF受拉。當(dāng)復(fù)合材料受力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混雜效應(yīng)。如CF/GF混雜復(fù)合材料，達(dá)到CF斷裂應(yīng)力時(shí)，其斷裂應(yīng)變提高，而使GF的破壞應(yīng)變降低，因此，制造工藝的熱收縮對(duì)混雜效應(yīng)有明顯的影響。2.基體的影響基體的混雜效應(yīng)的關(guān)系尚沒(méi)有定量的認(rèn)識(shí)，一般考慮為協(xié)調(diào)兩種纖維的力學(xué)行為而選用中等模量的樹(shù)脂基體。其實(shí)，復(fù)合材料很多性能與樹(shù)脂基體的性能有關(guān)，而有些性能又是由基體的性能怕決定的。由于樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)不同，必然引起不同的界面效應(yīng)及裂紋在樹(shù)脂基體中的行為，樹(shù)脂基體固化形成的不同殘余應(yīng)力，基體的韌性會(huì)明顯影響混雜復(fù)合材料中裂紋的傳播方式，因而混雜復(fù)

8、合材料的破壞模式也將不同。這些必然對(duì)混雜效應(yīng)產(chǎn)生不同的影響。3.混雜結(jié)構(gòu)因素的影響混雜復(fù)合材料的斷裂應(yīng)變并不恒定，它和纖維的位置分布有關(guān)，一般可用混雜比和分散度這兩個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)表示兩種纖維的位置分布?；祀s比是指兩種纖維相對(duì)體積分?jǐn)?shù)之比。分散度是指混雜復(fù)合材料最小復(fù)合單元厚度 的倒數(shù)，在許多場(chǎng)合，斷裂應(yīng)變值隨混雜體系的分散度增加而增加，也隨著混雜比變化而明顯變化。研究表明，層間混雜結(jié)構(gòu)的一層斷裂后裂紋并不趨勢(shì)傳入另一層，而是轉(zhuǎn)化為分層裂紋，并且由于裂紋長(zhǎng)度有限，經(jīng)過(guò)一段距離后載荷又重新由界面?zhèn)鬟f到原層中繼續(xù)承載，這種現(xiàn)象只在混雜結(jié)構(gòu)中低伸長(zhǎng)（LE）纖維的體積分?jǐn)?shù)低于某一臨界值時(shí)才有。也就是說(shuō)，在脆

9、性纖維斷裂后，基體可承受全部載荷而不發(fā)生破壞。其次，低伸長(zhǎng)高伸長(zhǎng)（LE-HE）纖維間界面具有良好的粘結(jié)性，才能有效地傳遞應(yīng)力。再者就是混雜纖維的分散度應(yīng)高于某一臨界值。如在層間混雜中的CF的絕對(duì)厚度必須小到一定的程度才能得到多重?cái)嗔涯Ｊ?，而夾芯混雜如夾芯厚度超過(guò)三層則幾乎看不到混雜效應(yīng)當(dāng)然對(duì)導(dǎo)觀眾混雜是很容易觀察到的?；祀s比對(duì)熱效應(yīng)是明顯的。在GF/CF比值較大的混雜復(fù)合材料中，熱收縮造成的內(nèi)應(yīng)力較大，因此熱效應(yīng)也較大，當(dāng)然對(duì)混雜效應(yīng)也不。如層內(nèi)混雜和夾芯混雜時(shí)，在GF/CF比值相等的條件下，是熱效應(yīng)引起的殘余應(yīng)力，在層內(nèi)混雜中它均勻地分布在整個(gè)體系內(nèi)，而夾層混雜則主要集中在芯層與表層的界面，

10、因此產(chǎn)生的各種效應(yīng)也各不相同。表1 CF/UHMWPEF為75/25時(shí)的復(fù)合材料的力學(xué)性能表2 CF/UHMWPEF為50/50時(shí)的復(fù)合材料的力學(xué)性能從以上上兩個(gè)表中可以看出，除了沖擊韌性以外,其他力學(xué)性能均是碳纖維含量高的復(fù)合材料好。這是由于復(fù)合材料的力學(xué)性能主要取決于增強(qiáng)纖維。當(dāng)復(fù)合材料承受外載荷時(shí),增強(qiáng)纖維起主要承受載荷的作用。碳纖維具有很高的強(qiáng)度和模量,而UHMWPEF具有高的斷裂韌性。碳纖維在復(fù)合材料中的體積含量高,拉伸性能、彎曲性能和壓縮性能均高,沖擊性能則低。圖3 層內(nèi)混雜復(fù)合材料沖擊強(qiáng)度與壓縮強(qiáng)度從圖3可以看出，混雜復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度隨著碳纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加,沖擊強(qiáng)度隨著

11、T300質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加出現(xiàn)一個(gè)最大值。當(dāng)混雜纖維中UHMWPE纖維的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)于T300為43%時(shí)沖擊強(qiáng)度有一個(gè)最大值423.3kJ/m2,這時(shí)所得混雜復(fù)合材料兼有碳纖維與樹(shù)脂基體黏接性好及UHMWPE纖維沖擊韌性好的優(yōu)點(diǎn)。4界面狀態(tài)的影響混雜纖維復(fù)合材料的界面，從概念上說(shuō)與復(fù)合材料的界面含義是一樣的；但它又有特殊的地方，由于混雜纖維復(fù)合材料由多于一種的纖維以不同的混雜形態(tài)進(jìn)行復(fù)合，因此在復(fù)合材料中所造成的界面將有幾種不同的類型，且有不同的界面數(shù)。界面數(shù)的多少是混雜纖維復(fù)合材料的特征參數(shù)，而界面的狀態(tài)纖維和基體間粘合效應(yīng)等將在混雜復(fù)合材料的熱性能、物理性能等方面引起不同效果。 如果界面粘合情

12、況好，可以提高纖維粘合性能的界面值并降低分散度的臨界值。這必然反映到混雜結(jié)構(gòu)因素與混雜效應(yīng)的關(guān)系上。一般認(rèn)為CF/GF的界面的脫膠范圍隨著分散度的增加和CF體積分?jǐn)?shù)降低而減少。另外，有人認(rèn)為，混雜復(fù)合材料中的低伸長(zhǎng)纖維斷裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的聲發(fā)射，而不同的纖維具有不同的彈性模量和密度，因此將會(huì)對(duì)低伸長(zhǎng)纖維斷裂產(chǎn)生的應(yīng)力波表現(xiàn)出不同的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即出現(xiàn)應(yīng)力幅值差和相位差，從而在鄰近纖維中所引起的動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)也不同。根據(jù)所提出的模型進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，找出純低伸長(zhǎng)復(fù)合材料和混雜復(fù)合材料的動(dòng)應(yīng)力集中系數(shù)，并用它們的比值表示混雜效應(yīng)。 混雜復(fù)合材料的特性混雜復(fù)合材料最大的特點(diǎn)就是多種材料性能的兼容性，可以最大限

13、度的針對(duì)不同的應(yīng)用條件和要求，進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮混雜增強(qiáng)體和基體的性能，獲得具有更好的綜合性能及更高性價(jià)比的復(fù)合材料，甚至包括同時(shí)兼有相反性能的復(fù)合材料，如導(dǎo)電和絕熱，強(qiáng)度優(yōu)于鋼而彈性優(yōu)于橡膠等性能。一、 改善復(fù)合材料的性能通過(guò)兩種或多種增強(qiáng)體、兩種或多種基體混雜復(fù)合，依據(jù)組分，含量，復(fù)合結(jié)構(gòu)類型的不同可得到不同的混雜復(fù)合材料，以提高或改善復(fù)合材料的某些性能。1. 提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性碳纖維復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度低，在沖擊載荷下呈明顯的脆性破壞形式，如在該復(fù)合材料中用15%的玻璃纖維與碳纖維混雜，其沖擊韌性可以得到改善，沖擊強(qiáng)度可提高2-3倍。同時(shí)纖維混雜也可以是拉伸強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度

14、都相應(yīng)的提高。例如：碳納米管/碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧基復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度（IFSS）可達(dá)到106.55Mpa,比T300 復(fù)合材料大150%。油棕櫚纖維/玻璃纖維混合雙層復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂延伸率都有所提高。對(duì)于拉伸強(qiáng)度和楊氏模量正的混雜效應(yīng)；對(duì)于斷裂延伸率負(fù)的混雜效應(yīng)。隨著玻璃纖維的增多，材料的抗沖擊性能也有所提高。在玻璃纖維層做沖擊試驗(yàn)比在油棕櫚纖維上得到更高的沖擊性能和更正的混雜效應(yīng)。芳綸纖維的加入對(duì)芳綸-木粉/ HDPE 混雜復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能都有明顯的提高。當(dāng)未改性KF的含量為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí),復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、缺口及無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度

15、分別較未添加KF的木塑復(fù)合材料(WPC)提高了12.1%、28.7%、39.7%、56.6%、42.8%和52.3%。接枝處理后的KF比未接枝的KF對(duì)KWPCs的力學(xué)性能改善更加顯著。當(dāng)接枝KF的含量為3%時(shí),復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、缺口及無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度分別提高了59.4%、60.5%、60.4%、76.5%、44.6%和78.8%。2. 提高復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度相對(duì)于普通纖維復(fù)合材料，混雜纖維復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度大為提高，在某些特定纖維含量及混雜形式下，混雜纖維復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度可高于構(gòu)成它的普通纖維復(fù)合材料中的最高者。例如，玻璃纖維復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度為非線性遞減。由于

16、碳纖維具有較高的模量和損傷容限，若引入50%的碳纖維，混雜復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度將轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)行遞減，其循環(huán)應(yīng)力會(huì)有較大提高，當(dāng)加入2/3的碳纖維后，其疲勞強(qiáng)度可接近單一碳纖維復(fù)合材料的水平。3. 增大復(fù)合材料的剛度高級(jí)增強(qiáng)纖維一般具有高模量，它的加入可使普通纖維復(fù)合材料的剛度大大提高，尤其是夾芯結(jié)構(gòu)的混雜復(fù)合材料更是如此，如玻璃纖維復(fù)合材料的模量一般較低，在一些主承力構(gòu)件上的應(yīng)用受到限制，但如加入50%的碳纖維作為表層，復(fù)合成夾芯形式，其模量可達(dá)到碳纖維復(fù)合材料的90%，因此可用這種混雜復(fù)合材料制造易失穩(wěn)破壞的大型薄板或薄殼。4. 改善復(fù)合材料的熱膨脹性能碳纖維，芳綸纖維等沿軸向具有負(fù)的熱膨脹系數(shù)，

17、如與具有正熱膨脹系數(shù)的纖維混雜便可以得到預(yù)定熱膨脹系數(shù)的材料，甚至零熱膨脹系數(shù)的材料，這種材料對(duì)制造一些飛機(jī)、衛(wèi)星、高精密設(shè)備構(gòu)件非常重要，如探測(cè)衛(wèi)星上的攝像機(jī)支架系統(tǒng)就是由零膨脹系數(shù)的混雜復(fù)合材料制成的，它可使焦距不受太空溫度劇烈交變的影響，保證精度5提高材料的破壞應(yīng)變碳纖維復(fù)合材料具有較低的破壞應(yīng)變，引入玻璃纖維后，由于混雜效應(yīng)，復(fù)合材料的破壞應(yīng)變可以提高40%6. 提高材料的耐磨性顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料可以顯著提高材料的耐磨性， A12O3短纖維和石墨顆?；祀s增強(qiáng)ZL109（鋁合金）復(fù)合材料通過(guò)加入低含量（0.3）的稀土可以使復(fù)合材料的磨損體積降低，隨著載荷的逐漸增加，稀土加入對(duì)復(fù)合材料磨損體

18、積損失的影響逐漸降低。圖所示為不同載荷下稀土含量對(duì)復(fù)合材料磨損體積損失的影響。由圖可看出，當(dāng)載荷較低(8ON)時(shí)，加入較低含量(O3 )的稀土即可使復(fù)合材料的磨損體積損失明顯降低；隨著載荷的逐漸增加，稀土加入對(duì)復(fù)合材料磨損體積損失的影響逐漸降低。在3種不同載荷下，稀土含量在03 06 之間變化對(duì)復(fù)合材料的磨損體積損失影響并不顯著，但當(dāng)稀土加入量為09 時(shí)，復(fù)合材料的磨損體積損失略有增大，特別在高載荷(160 N)時(shí)更為明顯?？梢?jiàn)，加入少量稀土元素可在一定程度上改善A12O3短纖維和石墨顆?；祀s增強(qiáng)ZL109復(fù)合材料的耐磨性能，特別在較低載荷下，其作用更為顯著，但稀土的加入量不宜太高。聚乙烯纖維

19、/金屬纖維/玻璃布（PEMG）超混雜復(fù)合材料板的耐磨損性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃鋼板，其體積磨耗損失率僅為玻璃鋼板的412，并與鋼的耐干磨性能(體積損失率0.37)相等；其耐腐蝕、耐磨損性能更佳，在H2SO4溶液中浸泡3O d后進(jìn)行磨耗試驗(yàn)時(shí)，其體積損失率僅為093%，是玻璃鋼板的3.81%。而在此種酸性腐蝕環(huán)境下，鋼材已不復(fù)存在。這表明PEMG超混雜復(fù)合板的耐磨損性，以及在腐蝕磨損工況條件下的性能都遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃鋼板，從而為該材料在煤礦、井下及船舶制造等領(lǐng)域的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。7. 改善其他性能混雜復(fù)合材料亦可以改善材料的其他性能，如導(dǎo)電性，耐老化性，耐腐蝕性，如玻璃纖維復(fù)合材料，雖然屬于絕緣材料，但有產(chǎn)生

20、靜電而帶點(diǎn)的性質(zhì)，因而不能用來(lái)制造電子設(shè)備的外殼，碳纖維是導(dǎo)電，非磁性材料，將兩種纖維混雜后，可以得到除電和防止帶電的特性。又如芳綸纖維的耐老化性很差，如果加入耐老化性能好的碳纖維，就可以使復(fù)合材料的耐老化性能大大提高。用三維網(wǎng)狀的碳化硅陶瓷（3DRC），高性能碳纖維和改性酚醛樹(shù)脂（BPR）合成的一種新型超級(jí)雜交復(fù)合材料（NSHC）。結(jié)果表明，NSHC線性消融速度比單一的BPR和CF / BPR的復(fù)合材料小，例如，同一纖維含量的情況下，NSHC的線燒蝕率是CF / BPR的復(fù)合材料的50，3DRC可以提高抗腐蝕材料的能力，因?yàn)槠涮厥獾木W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以控制材料變形和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2、 擴(kuò)大構(gòu)件

21、自由度與工藝實(shí)現(xiàn)的可能性普通復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)自由度較一般工程材料的自由度大，而混雜復(fù)合材料構(gòu)件的設(shè)計(jì)自由度又可進(jìn)一步擴(kuò)大。例如高速飛機(jī)的機(jī)翼，由玻璃纖維復(fù)合材料制造，其剛度除翼尖外都可以滿足，為了解決翼尖處剛度不足的問(wèn)題，可以利用混雜復(fù)合材料，在翼尖處加入碳纖維可以增加剛度，較容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這共混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在工藝上是不難實(shí)現(xiàn)的，3、 降低材料成本高性能增強(qiáng)材料，如碳纖維，硼纖維等。它們的模量比普通的玻璃纖維高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，但價(jià)格卻比玻璃纖維高數(shù)十倍至數(shù)百倍，故用這些纖維制備的復(fù)合材料價(jià)格十分昂貴，況且其綜合性能并不理想，而將少量的高級(jí)纖維加入到一般纖維復(fù)合材料中，可能得到綜合

22、性能好的混雜復(fù)合材料，同時(shí)成本也大大降低?；祀s復(fù)合材料的設(shè)計(jì)材料的設(shè)計(jì)是材料應(yīng)用的基礎(chǔ)，對(duì)復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，包括材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，一般來(lái)說(shuō)材料設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系在一起，材料設(shè)計(jì)一般是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一部分，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是材料設(shè)計(jì)的延續(xù)?；祀s復(fù)合材料設(shè)計(jì)還存在著混雜效應(yīng)，因此增加了設(shè)計(jì)自由度，混雜復(fù)合材料是一種可設(shè)計(jì)性很強(qiáng)的材料，在原材料上有廣闊的選擇余地，即使在原材料被給定的情況下還可以通過(guò)調(diào)整鋪層的角度，纖維的含量，纖維混雜化以及分散度等設(shè)計(jì)出性能不同的混雜材料對(duì)于結(jié)構(gòu)混雜復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，需要具備以下條件1.力學(xué)性能優(yōu)良 2.性能數(shù)據(jù)分散性小，可靠性好，3.成型工藝簡(jiǎn)單，方便。4.加工性

23、好5.經(jīng)濟(jì)性合理。結(jié)構(gòu)混雜材料設(shè)計(jì)流程1對(duì)象（流程）：首先要熟悉對(duì)象和其所負(fù)擔(dān)的職能，載荷以及載荷的分布情況。2.材料特性：是指需要了解對(duì)于具體使用條件下可選用的混雜復(fù)合材料的全部性能知識(shí)，包括材料的成本3.選擇材料：在前兩步中盡可能確定一種或幾種方案，并按照后面的步驟選擇最合適的方案。4.應(yīng)力狀態(tài)分析：雖然不能精確的確定構(gòu)建的幾何尺寸和鋪層結(jié)構(gòu)，但通常情況下仍能計(jì)算出作用在構(gòu)件上的應(yīng)力，進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)分析，當(dāng)無(wú)法計(jì)算應(yīng)力時(shí)，應(yīng)從第六項(xiàng)開(kāi)始，首先尋找壓板試探性的模型5.與結(jié)構(gòu)的關(guān)系：本階段中應(yīng)該考慮構(gòu)件與結(jié)構(gòu)以外的其他一切關(guān)系，在使用混雜復(fù)合材料結(jié)構(gòu)時(shí)，還必須考慮到作用在結(jié)構(gòu)上的特殊疊加效應(yīng)6.

24、幾何形狀的工藝性：初步定出層壓板的形狀，幾何尺寸和結(jié)構(gòu)。同時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)要求與經(jīng)濟(jì)現(xiàn)實(shí)性。7.層壓板應(yīng)力狀態(tài)分析：利用數(shù)學(xué)手段計(jì)算整個(gè)結(jié)構(gòu)和層壓板中每塊單層板的應(yīng)力，變形和彈性特性8.強(qiáng)度分析：預(yù)測(cè)每塊單層板的特性以及用強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算與單元件逐步破壞和整體崩潰有關(guān)的安全系數(shù)。9.最終設(shè)計(jì)：用迭代方法從第六項(xiàng)或第四項(xiàng)開(kāi)始，反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終設(shè)計(jì)出一個(gè)充分滿足要求的具體結(jié)構(gòu)?；祀s復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求一、 結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求1.構(gòu)件在使用載荷下不會(huì)發(fā)生有害變形2.疲勞變形的積累不會(huì)達(dá)到有害的程度3.結(jié)構(gòu)破壞強(qiáng)度的可靠性以及具有足夠長(zhǎng)的安全使用壽命4.在特殊環(huán)境下使用的結(jié)構(gòu)還應(yīng)保證它的耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在力學(xué)上不僅是強(qiáng)度的要求，更多的是剛度的要求，剛度要求和強(qiáng)度要求是兩個(gè)主要方面，當(dāng)選擇強(qiáng)度大的結(jié)構(gòu)時(shí)，剛度同時(shí)也大，不過(guò)對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求根據(jù)具體使用情況的不同將有所不同。此外由于構(gòu)件在使用過(guò)程中不僅要受到靜載荷的作用，還可能受到動(dòng)載荷的作用，因此設(shè)計(jì)中還要考慮到?jīng)_擊載荷的作用。對(duì)于設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)幕祀s復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，不僅要有較高的強(qiáng)度，模量還要有良好的沖擊韌性。二、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量要求按性能設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，其性能又與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量有