航空航天復(fù)合材料 課件第1章 知識(shí)點(diǎn)8 復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)

復(fù)合原理復(fù)合材料原理

復(fù)合效應(yīng)概述線(xiàn)性復(fù)合效應(yīng)主要內(nèi)容非線(xiàn)性復(fù)合效應(yīng)三一二知識(shí)點(diǎn)2-復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)

一、復(fù)合效應(yīng)概述是指將組分A、B兩種材料復(fù)合起來(lái)，得到同時(shí)具有組分A和組分B的性能特征的綜合效果。分類(lèi)線(xiàn)性效應(yīng)非線(xiàn)性效應(yīng)平均效應(yīng)平行效應(yīng)相補(bǔ)效應(yīng)相抵效應(yīng)相乘效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)共振效應(yīng)系統(tǒng)效應(yīng)知識(shí)點(diǎn)2-復(fù)合材料的復(fù)合效應(yīng)2.分類(lèi)1.定義二、線(xiàn)性效應(yīng)平均效應(yīng)又稱(chēng)混合效應(yīng)，即復(fù)合材料的某項(xiàng)性能等于組成復(fù)合材料各組分的性能乘以該組分的體積分?jǐn)?shù)之和，即可表示為：（串聯(lián)模型）Kc－復(fù)合材料的某項(xiàng)性能；

i－體積分?jǐn)?shù)；Ki－與Kc對(duì)應(yīng)的性能；

－加和。（并聯(lián)模型）并聯(lián)模型：適用于復(fù)合材料的密度，單向纖維復(fù)合材料的縱向楊氏模量和縱向泊松比等。串聯(lián)模型：適用于單向纖維的橫向楊氏模量，縱向剪切模量和橫向泊松比等。1．平均效應(yīng)

當(dāng)兩者合寫(xiě)于一式為：復(fù)合材料的串、并聯(lián)模型復(fù)合法則計(jì)算的復(fù)合材料特性的上下限n=1時(shí)，并聯(lián)模型，描述密度、單向纖維縱向（平行于纖維方向）楊氏模量，縱向泊松比等。n=-1時(shí)，串聯(lián)模型，描述單向纖維的橫向楊氏模量，縱向剪切模量和橫向泊松比等。n=-1～+1時(shí)，混合模型，可描述某項(xiàng)性能如介電常數(shù)、熱導(dǎo)率隨組分體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。2．平行效應(yīng)

平行效應(yīng)是一種最簡(jiǎn)單的線(xiàn)性復(fù)合效應(yīng)，表示為：Kc

Ki，即復(fù)合材料的某項(xiàng)性能與某一組分的該項(xiàng)性能相當(dāng)。如玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂的耐蝕性能與基體環(huán)氧樹(shù)脂相當(dāng)。如：增強(qiáng)體與基體的界面結(jié)合很弱的復(fù)合材料所顯示的復(fù)合效應(yīng)。3．相補(bǔ)效應(yīng)

相補(bǔ)效應(yīng)是指組分復(fù)合后，互補(bǔ)缺點(diǎn)，產(chǎn)生優(yōu)異的綜合性能，可表示為：C=A

B是一種正的復(fù)合效應(yīng)。如：脆性高強(qiáng)纖維增強(qiáng)體與韌性基體復(fù)合時(shí)，當(dāng)界面結(jié)合適宜，其性能顯示為基體與增強(qiáng)體的互補(bǔ)。4．相抵效應(yīng)

相抵效應(yīng)是指各組分之間出現(xiàn)性能相互制約，使復(fù)合材料的性能低于混合定律的預(yù)測(cè)值，是一種負(fù)的復(fù)合效應(yīng)?？杀硎緸椋篕c<

Ki

i，如陶瓷基復(fù)合材料，復(fù)合不佳時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相抵效應(yīng)。如：脆性的纖維增強(qiáng)體與韌性基體復(fù)合而成的復(fù)合材料，當(dāng)界面結(jié)合很強(qiáng)時(shí)，復(fù)合材料整體顯示為脆性斷裂。三、非線(xiàn)性效應(yīng)1.相乘效應(yīng)非線(xiàn)性效應(yīng)包括相乘效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)、系統(tǒng)效應(yīng)與共振效應(yīng)。相乘效應(yīng)是指把兩種具有能量（信息）轉(zhuǎn)換功能的組分復(fù)合起來(lái)，使它們相同的功能得到復(fù)合，而不同的功能得到新的轉(zhuǎn)換，表示為（X/Y）·（Y/Z）=X/Z。如：把具有電磁效應(yīng)的組分材料與具有磁光效應(yīng)的組分材料復(fù)合，將產(chǎn)生復(fù)合材料的光電效應(yīng)。（X/Y）·（Y/Z）=X/ZX、Y、Z分別表示某種物理性能，關(guān)系式復(fù)合乘積表達(dá)式，故稱(chēng)乘積效應(yīng)。該式可用于功能復(fù)合材料的設(shè)計(jì)。A組元性質(zhì)X/YB組元性質(zhì)Y/Z相乘性質(zhì)X/Z壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng)壓電效應(yīng)磁致伸縮磁致伸縮光電效應(yīng)熱電效應(yīng)輻照－可見(jiàn)光效應(yīng)熱致變形熱致變形磁阻效應(yīng)磁電效應(yīng)（電）場(chǎng)致發(fā)光效應(yīng)壓電效應(yīng)壓阻效應(yīng)電致伸縮（電）場(chǎng)致發(fā)光光－導(dǎo)電效應(yīng)壓敏效應(yīng)壓電效應(yīng)壓阻效應(yīng)壓電效應(yīng)壓力發(fā)光效應(yīng)磁電效應(yīng)磁阻效應(yīng)光致伸縮紅外光轉(zhuǎn)換可見(jiàn)光效應(yīng)輻射誘導(dǎo)導(dǎo)電熱敏效應(yīng)熱電效應(yīng)功能復(fù)合材料的相乘效應(yīng)2．誘導(dǎo)效應(yīng)

是指在復(fù)合材料兩組分（兩相）的界面上，一相對(duì)另一相在一定條件下產(chǎn)生誘導(dǎo)作用（如誘導(dǎo)結(jié)晶），使之形成相應(yīng)的界面層，這種界面層結(jié)構(gòu)上的特殊性使復(fù)合材料在傳遞載荷的能力上或功能上具有特殊性，從而使復(fù)合材料具有某種特殊的性能。（一組分通過(guò)誘導(dǎo)作用使另一組分材料的結(jié)構(gòu)改變從而改變整體性能或產(chǎn)生新的效應(yīng)）如：結(jié)晶的纖維增強(qiáng)體對(duì)非晶基體的誘導(dǎo)結(jié)晶或晶形基體的晶形取向作用。3．系統(tǒng)效應(yīng)將不具備某種性能的各組分通過(guò)特定的復(fù)合狀態(tài)復(fù)合后，使復(fù)合材料具有單個(gè)組分不具有的某種新性能。該效應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，迄今尚未清楚。如：彩色膠卷：利用其能分別感應(yīng)藍(lán)、綠、紅三種感光劑層，即可記錄宇宙中各種絢麗色彩。4．共振效應(yīng)

又稱(chēng)強(qiáng)選擇效應(yīng)，是指某一組分A具有一系列的性能，與另一組分復(fù)合后，能使A組分的大多數(shù)性能受到抑制，而使其中某一項(xiàng)性能充分發(fā)揮。如實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電不導(dǎo)熱、一定幾何形態(tài)均有固有頻率，適當(dāng)組合產(chǎn)生吸震功能等。如：復(fù)合材料的固有頻率不同于原組分的固有頻率。當(dāng)復(fù)合材料中某一部位的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，復(fù)合材料的固有頻率也會(huì)發(fā)生改變。目前僅了解符合單純加和性的物理性能：密度，比熱容、介電常數(shù)、導(dǎo)磁率等1）

熱導(dǎo)率（1）單向復(fù)合材料縱向、橫向熱導(dǎo)率的估算縱向熱導(dǎo)率：橫向熱導(dǎo)率：L－縱向；T－橫向；f－纖維；m－基體

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3其它物理性能的復(fù)合原理（2）二維隨機(jī)短纖維復(fù)合材料纖維排布平面的法線(xiàn)方向的熱導(dǎo)率：

式中，S11為形狀因子，與短纖維的形狀有關(guān)。當(dāng)短纖維是橢圓形截面的粒狀體（a1、a2<<a3）則S11＝a2/(a1+a2),S33=0

當(dāng)短纖維是圓形截面的（a1=a2<<a3）

Kc=Km[(3Km+Kf)

f]/[2(Km+Kf)+(Km-Kf)f]

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其熱導(dǎo)率為：圓形截面柱形短纖維（4）顆粒復(fù)合材料當(dāng)顆粒為球形時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率：3-403-41

3-42(3)三維隨機(jī)短纖維復(fù)合材料—可視為各向同性2）

熱脹系數(shù)當(dāng)各向同性的材料復(fù)合后，體系的熱膨脹系數(shù)

c為：式中

1，2－復(fù)合材料的熱脹系數(shù)；K－特定的彈性常數(shù)；－體積分?jǐn)?shù)當(dāng)兩種材料的泊松比相等時(shí)，用E代替K，則有當(dāng)物理常數(shù)差別不是很大時(shí)，可采用下式作為第一近似計(jì)算式：3-43

3-44

3-45

3）電導(dǎo)率（1）對(duì)于單向纖維復(fù)合材料，若基體的電導(dǎo)率大于纖維的電導(dǎo)率，則有：①縱向電導(dǎo)率