复合材料力学性能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,2.,复合材料的,力学性能,1,.,2.1,高分子材料的力学状态,物质的物理状态,相 态,凝胶态,热力学概念,动力学概念,凝胶态,根据物质,对,外场,（外部作用）特别是外力场,的响应特性,划分。,按物质,力学性能,随,温度,变化的特性划分。,力学状态,2,.,2.1,高分子材料的力学状态,物质的力学三态,气,态,液,态,固,态,温度增加,聚合物力学状态具有特殊性。原因：,没有气态；,具有非晶态；,结晶具有不完善性。,3,.,热机械曲线,（形变,-,温度曲线）实验示意,2.1,高分子材料的力学状态,等速升温,线型无定形,聚合物的力学三态及其转变,4,.,2.1,高分子材料的力学状态,线形无定形聚合物的力学三态：,玻璃态,、,高弹态,、,粘流态,玻璃态向高弹态转变的温度：,玻璃转变温度（,T,g,）；,高弹态和粘流态之间的转变温度：,粘流温度（,T,f,）,图,2.1,线型无定形高聚物热机械曲线,5,.,玻璃态,T40%,晶区互相衔接，,贯穿成连续相,。观察不到明显的,非晶区玻璃化转变现象。,10,.,2.1,高分子材料的力学状态,图,2.2,高结晶度聚合物的热机械曲线,不呈现高弹态,呈现高弹态,结晶聚合物能否观察到高弹态，取决于,聚合物的摩尔平均质量,。,11,.,问题：,交联、网状聚合物是否有粘流态？,Cross-linked,交联,Network,（,3D,）,网状,答案：,不出现粘流态。,2.1,高分子材料的力学状态,12,.,玻璃化转变,现象及,T,g,的重要性,2.1,高分子材料的力学状态,玻璃化转变是高聚物的一种,普遍现象,。,发生玻璃化转变时，许多物理性能发生急剧变化，可完全,改变材料的使用性能,：,TT,g,时高聚物处于高弹态（弹性体）,T,m,（脆,-,脆复合材料）,当,V,f,较低时，,单层板强度,1,主要依赖于,m,，,在纤维断裂前先发生基体断裂，所有载荷转移到纤维上而最终使纤维破坏，,则,1,=,f,V,f,+,m,(1-,V,f,),f,、,m,：,基体破坏时纤维承受的拉伸应力和纤维破坏时基体所承受的应力。,48,.,断裂前,f,m,时，先发生基体断裂,49,.,当,V,f,较大时,，因,E,f,E,m,，,基体只承受小部分载荷，载荷增加至纤维断裂，,则：,1,=,f,V,f,可求出,V,f,50,.,（,2,）当,f,m,时，脆,-,韧复合材料，纤维将首先破坏。,51,.,当,V,f,较小时,，纤维断裂而转移载荷很小，复合材料的强度为：,1,=,m,(1-,V,f,),当,V,f,较高时,，纤维断裂而转移到基体上载荷很大，此时，基体随之断裂，复合材料的强度为：,1,=,f,V,f,+,m,(1-,V,f,),52,.,可求得交叉点,V,f,：,表示对应于,f,m,时两种破坏形式变化时的纤维体积含量。,V,min,：纤维起增强效果的体积分数,1,随,V,f,变化如图所示,53,.,作业：,请推导复合材料单向板受轴向载荷时，纤维承受的载荷占总载荷的比例公式，并计算,V,f,=0.5,的单向板，当,E,f,/E,m,分别为,0.1,、,1,、,10,、,50,时，纤维承担的载荷所占的比例分别为多少？,54,.,