※压缩试验
※剪切试验
层间剪切试验
※弯曲试验
5.6 单向复合材料各组分的强度准则
◇ 聚合物基体的强度
◇ 纤维强度 依赖于纤维表面裂纹的情况 基体的存在使单根纤维断裂的影响有限
◇ 粘结强度 界面强度作用机理
吸附和浸润
相互扩散 静电吸引
化 学 键 结 合
玻璃纤维
碳纤维
机械粘着
5.7 复合材料单向层板均匀各向同性材料的强度理论
材料局部的微小缺陷 制造缺陷：气泡、空隙、贫或富胶、夹杂物、不正确的纤维取向 使用损伤：划伤、擦伤、边缘损伤、冲击引起的分层、脱胶 环境损伤：湿膨胀、热冲击造成的分层和脱胶、表面氧化
☆ 纵向拉伸破坏
至少三种破坏模式： 脆性断裂 伴有纤维拨出的脆性断裂 伴有纤维拨出、界面基体剪切或脱胶破坏的脆性断裂
研究的意义 根据要求的疲劳性能选择材料 评估结构的疲劳损伤 按要求的疲劳寿命保证结构的安全可靠性
※ 复合材料的疲劳损伤
1） 在疲劳过程中，尽管初始损伤尺寸比金属材料大，但疲 劳寿命比金属长；
2）疲劳损伤是累积的，在破坏前，损伤已有了较大的发展， 有明显的征兆，而金属材料的破坏又很大的突发性；
3）在高应力出现较大范围的损伤，表现出非常复杂的疲劳破 坏行为，很少出现金属材料的单一裂纹控制的破坏机理。
☆ 特殊材料的虎克定律
5.3 单层板的弹性特性
☆ 单层板的主方向的弹性特性 ☆ 单层板非弹性方向的弹性特性
应力和应变的转轴公式 非弹性主方向的应力应变关系
5.4 单层板的强度理论
最大应力理论 最大应变理论 蔡---希尔强度理论 蔡---吴应力张量多项式理论
5.5 复合材料的力学性能试验
※ 拉伸试验
复合材料力学
细观力学
复合材料的材料力学
叠层理论-----粗观力学
复合材料的结构力学-----宏观力学
a)细观力学
研究单向（或单层）复合材料的平均物理性能与各相 材料的物理性能和相几何之间的关系，以及研究复合材料非 均匀介质各相内部的真实应力与应变场分布。
阐明复合材料性能的机理，并作为复合材料设计的理论基础
※ 复合材料的疲劳性能及其影响因素
研究方法 测定在不同受力状态下的应力-寿命（S-N）曲线
特点：复合材料没有明确的疲劳极限 复合材料的疲劳寿命与疲劳极限又很大的分散性
碳纤维强度分散度：10% 玻璃纤维强度分散度：15% 环氧树脂强度分散度：10%
疲劳试验的试件最少10-15个
影响疲劳寿命的因素
Polymer Composites
Review
第4章 纤维复合材料及其制造方法 4.1 聚合物基复合材料 4.2 碳基复合材料 4.3 混杂纤维复合材料 4.4 其他复合材料
Content
第5章 复合材料力学性能 5.1 概 述 5.2 各向异性弹性材料力学基础 5.3 单层板的弹性特性 5.4 单层板的强度理论 5.5 复合材料的力学性能试验 5.6 单向复合材料各组分的强度准则 5.7 复合材料单向层板均匀各向同性材料的强度理论 5.8 纤维复合材料的疲劳行为 5.9 单向复合材料的破坏模式
☆ 横向拉伸破坏
基体拉伸破坏； 脱胶或纤维横向撕裂
☆ 纵向压缩破坏
横向开裂或破坏
☆ 横向压缩破坏
基体剪切破坏； 基体剪切破坏的同时伴随脱胶或纤维横向破碎
☆ 面内剪切破坏
基体剪切破坏 基体剪切破坏并伴有脱胶； 脱胶
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第6章 复合材料的界面 6.1 研究复合材料界面的重要性 6.2 高聚物复合材料界面的形成及作用机理 6.3 填充、增强材料的表面处理 6.4 复合材料界面分析技术
5.1 概述
※ 复合材料力学性能的特点
复合材料的力学性能很大程度取决于
增强纤维的性能、含量及排列方式
按纤维的排列方式，从力学角度，复合材料分为
单向（纤维增强）复合材料 双向（正交纤维增强）复合材料 多向（纤维增强）复合材料 三向正交（纤维增强）复合材料 乱短纤维增强复合材料
※ 复合材料力学分类
b)复合材料的结构力学
研究对象是用复合材料组成的各种结构件
5.2 各向异性弹性材料力学基础
应力----应变关系确定着
材料的刚度、强度、变形及失效等性能与状态
☆ 应力
应力分量和平衡微分方程 应力变换 幂函数形式变换公式 倍角函数形式变换公式 应力转轴公式
☆ 应变：弹性体变形的度量
应变变换 应力-应变关系 弹性应变能
平均应力和循环应力比 加载频率 缺口 组成与铺层方式 环境温度和湿度
※ 疲劳寿命的预测
疲劳寿命预测的理论模型
疲劳裂纹扩散速率 基体材料及短纤维增强复合材料
累积损伤理论 连续纤维增强复合材料
剩余强度理论
5.9 单向复合材料的破坏模式
单向复合材料的破坏模式影响因素 纤维和基体的种类 材料内部各种缺陷及损伤
最大主应力理论
最大主应变理论
最大剪应力理论
最大总应变比能理论
最大剪切应变比能（畸变能）理论
Hale Waihona Puke 双剪应力理论库伦理论 摩尔理论
理论选用原则 材料的性质（塑性还是脆性） 受力情况（位于应力坐标平面中的哪一个象限）
5.8 纤维复合材料的疲劳行为
疲劳的定义 在周期性交变载荷作用下材料发生的破坏行为，论
述了材料经受周期应力和应变时的失效过程。