第三章
B787复合材料机身
第三章
B787复合材料机身
第三章
A380客机(2007年10月,首次商业航行,复合材料占总质量25%) 是目前世界上唯一 采用全机身长度双层客舱,最先进、最宽敞和最高效的飞机。 技术参数：翼展：79.8米；机长：73米；宽度：7.14米；最大起飞重量：560吨； 巡航速度：0.89马赫；载 客 量：555人；最大航程：15000公里。
第三章 纤维脱粘韧化机理
在靠近裂纹尖端的纤维在外力作用下沿着它与基体的界面产生界面分离， 形成新的表面，这需要消耗外界能量。尽管单位面积的表面能很小，但 所有脱粘纤维总的表面能则很大。
航空航天技术要求制成飞行器材料高比强度、比模量， 以减轻其重量，提高飞行速度、增加运载火箭有效负载、 保证气动特性等。因此，在航空航天领域、现代国防工 业中现代复合材料首先得到了广泛的应用.
第三章
B787客机(2007年7月首架飞机下线,复合材料占总质量50%,节省燃油20%) 技术参数： 翼 展：50.3-51.8米；机长: 55.5米；高度：16.5米；最大起飞总重:163000千克；巡航速度： 0.85马赫（马赫=1126公里/小时） ；载客量：289；最大航程：15700公里
第三章
第三章
在民用工业如机械工业、交通运输、建筑工业以及生物医 学、体育等领域，由于复合材料的优异性能都已得到和正 在得到广泛的应用。
图3-73 玻璃钢建筑材料用于上海东方明珠电视塔大堂装潢(左) 复合材料(玻璃钢)制作的渔船 （右）
第三章
复合材料与基体材料相比具有以下优异的性能：
（1）比强度（强度/密度）和比模量（弹性模量/密度）高； （2）抗疲劳性能好； （3）高韧性和抗热冲击性，在PMC和CMC中尤为重要； （4）耐热性高； （5）减振性能好； （6）耐烧蚀性、耐磨损、导电和导热； （7）特殊的光、电、磁性能等。
复合材料的特征：非均相材料，组分材料性能差异较大， 新性能，体积分数大于10%，固体材料。
第三章
复合材料构成：
第三章
第三章
骨头（由原胶纤维与无机材料复合）
第三章
植物茎干（树木、竹）、叶（微纤维与木质素复合）
第三章
吴王矛 越王剑
第三章
复合材料作为一种先进材料出现，是从上世纪40年代的 玻璃纤维增强塑料开始，为了与天然的、古代出现的复合 材料区分，称之为现代复合材料。
Pc 表示复合材料的某性能，如强度、弹性模量、密度、电导率、热 导率、热膨胀系数等；Pi 表示各组分材料的对应复合材料的某性能； V表示组成复合材料各组分的体积百分比（vol.%）；下标i表示组成 复合材料的组分数（包括基体、若干增强材料）。
第三章 例：
连续纤维单向增强复合材料，当只采用一种纤维增强时，复合材料 沿纤维方向的拉伸强度可以表示为：
除其优异性能外，复合材料还具有可设计性，可以根据 对材料的性能要求，在基体、增强材料的类型和含量上 进行选择，并进行适当的制备与加工。
第三章 3.5.2 复合材料复合原理
由于复合材料是由两种或两种以上不同的材料组分复合而 成的，除工艺因素外，基体和增强材料的性能必然影响复 合材料的性能。此外增强材料的形状、含量、分布以及与 基体的界面结合、结构也会影响复合材料的性能。
第三章
我国研制的ARJ21 （Advanced Regional Jet）支线客机—“翔凤”(复合 材料占总质量2%)2007年12月21日下线，2008年上半年首飞；载客 量70—100人;最大燃油航程： 4164 km.
第三章
美国F-22猛禽战机
机身材料重量比：42%钛 合金，23%复合材料， 15%铝合金，20%其它
特别是在热固性树脂为基体或脆性的陶瓷为基体的复合材料中，增 加复合材料的韧性是改善材料性能的重要任务之一。
复合材料在受冲击载荷时材料发生破坏（断裂），其韧性大小取决 于材料吸收冲击能量大小和抵抗裂纹扩展的能力。
经过分析及研究，提出了许多增韧机制。以纤维增强复合材料为例， 主要有纤维的拔出、纤维与基体的脱粘、纤维搭桥等增韧机制。
第三章
颗粒增强复合材料的弹性模量与颗粒体积分量的关系
第三章
混合法则简明表达了复合材料的性能与基体、增强材料性能之间的 关系，但在应用混合法则对复合材料性能进行估算时，由于增强材 料的形状、长径比、分布以及基体与增强材料的结合等因素，还需 要对此进行一定的修正。
第三章
3.5.2.2 增韧机制
复合材料在应用的过程中，难免要受冲击载荷或发生高速变形，尤其 是那些表观上不会使复合材料遭受破坏的低能冲击，往往会造成复合 材料的内部损伤，从而使其性能大大下降。
复合材料的复合原理，就是反映上述因素对复合材料性 能的影响规律。据此人们可以对所需要研究和开发的复 合材料的性能，包括力学、物理、化学性能等进行设计、 预测和评估。在本节中，主要介绍组分的作用、增韧机 制和界面的影响。
第三章 3.5.2.1 混合法则 （Rule of Mixtures）
在复合材料中，在已知各组分材料的力学性能、物理性能的情况下， 复合材料的力学性能（如强度、弹性模量）和物理性能（密度、电 导率、热导率、热膨胀系数等）主要取决于组成复合材料的材料组 分的体积百分比（vol.%）
σc ＝ σf·Vf + σm·Vm 式中下标c、f 和m分别表示复合材料、纤维和基体，其中Vm ＝（1－Vf）
图3-74 SiC/硼硅玻璃复合材料的强度随纤维体积含量线性增加
第三章
由于纤维方向性，复合材料垂直纤维方向的弹性模量则表示为： 1 / Ec ＝ Vf / Ef + Vm /Em
此式的形式仍然是混合法则的形式。
第三章 3.5 复合材料
材料种类 金属材料 无机非金属材料 高分子材料
特性 强度大，易腐蚀 硬ite material
第三章
第三章
我们住在复合材料里
第三章
燕子窝：泥土-草复合材料
第三章 3.5.1 概述
复合材料是由两种或两种以上的组分材料通过适当的制备 工艺复合在一起的新材料，其既保留原组分材料的特性， 又具有原单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。