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1、复合材料力学 制作人：制作者PPT时间：2024年X月目录第第1 1章章 复合材料力学简介复合材料力学简介第第2 2章章 复合材料的弹性力学基础复合材料的弹性力学基础第第3 3章章 复合材料的塑性和损伤力学复合材料的塑性和损伤力学第第4 4章章 复合材料的应用复合材料的应用第第5 5章章 复合材料的制备技术复合材料的制备技术第第6 6章章 总结与展望总结与展望 0101第1章 复合材料力学简介 什么是复合材料复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过一定方式组合在一起形成的新型材料。其性能通常优于单一材料，并可调制特定的性能。复合材料的分类纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、片层复合材料按成
2、分分类层板结构、三维有限元结构、蜂窝结构按结构分类手工层叠法、自动层叠法、注塑成型、转卷成型按生产工艺分类低温复合材料、中温复合材料、高温复合材料按使用温度分类复合材料应用举复合材料应用举例例复合材料用于汽车、飞机、船舶制造，可以减轻重量，复合材料用于汽车、飞机、船舶制造，可以减轻重量，提高性能，延长使用寿命，降低维护成本。提高性能，延长使用寿命，降低维护成本。复合材料制备方法的优缺点优点：成本低、适用性广；缺点：作用局限性大、生产效率低手工层叠法优点：生产效率高；缺点：设备成本高、需要大量能源自动层叠法优点：准确度高、成品一致性好；缺点：设备成本高、需使用高压注塑成型优点：成型复杂度高、适用
3、性广；缺点：设备成本高、需要较长的工艺周期转卷成型影响复合材料力学性质的因素复合材料的力学性质受到多种因素的影响，包括纤维长度和直径、成分比例、成分强度和刚度、纤维与基体间相互作用等。减轻重量、提高飞行效率航空器结构中的应用0103提高耐热性、抗辐射性和防护性宇航服中的应用02提高发射能力、保证飞行质量火箭、导弹及卫星中的应用刚度刚度纤维增强复合材料：纤维增强复合材料：10-10010-100GPaGPa钛合金：钛合金：100-120GPa100-120GPa铝合金：铝合金：70-80GPa70-80GPa碳钢：碳钢：200GPa200GPa密度密度纤维增强复合材料：纤维增强复合材料：1.5-
4、1.61.5-1.6g/cmg/cm钛合金：钛合金：4.4-4.5g/cm4.4-4.5g/cm铝合金：铝合金：2.7g/cm2.7g/cm碳钢：碳钢：7.8g/cm7.8g/cm耐腐蚀性耐腐蚀性纤维增强复合材料：较强纤维增强复合材料：较强钛合金：较强钛合金：较强铝合金：中等铝合金：中等碳钢：弱碳钢：弱纤维增强复合材料与其他材料性能比较强度强度纤维增强复合材料：纤维增强复合材料：200-5000200-5000MPaMPa钛合金：钛合金：800-1000MPa800-1000MPa铝合金：铝合金：150-450MPa150-450MPa碳钢：碳钢：100-150MPa100-150MPa 02
5、02第2章 复合材料的弹性力学基础 弹性力学基本概弹性力学基本概念念在力学中，应力、应变、弹性模量是我们理解弹性力在力学中，应力、应变、弹性模量是我们理解弹性力学基础的重要概念。应力是力作用在物体上的效果，学基础的重要概念。应力是力作用在物体上的效果，应变是物体形状变化的程度，弹性模量则是表示了物应变是物体形状变化的程度，弹性模量则是表示了物体在外力作用下动态变形的能力。在实践应用中，我体在外力作用下动态变形的能力。在实践应用中，我们常常需要相互转化运用这些概念。们常常需要相互转化运用这些概念。复合材料的弹性复合材料的弹性理论理论复合材料作为一种新型材料，在弹性力学中也有着重复合材料作为一种新
6、型材料，在弹性力学中也有着重要的应用。复合材料具有高强度、高刚度、轻质化等要的应用。复合材料具有高强度、高刚度、轻质化等优点，因此在工程制造中有着广泛的应用。复合材料优点，因此在工程制造中有着广泛的应用。复合材料的弹性模量和剪切模量是描述其弹性性质的基本参数。的弹性模量和剪切模量是描述其弹性性质的基本参数。复合材料的弹性理论应力分量和应变分量的关系弹性模量和剪切模量的计算方法基本方程的推导复合材料的屈曲复合材料的屈曲强度强度在实际应用中，复合材料在受外部作用时容易出现屈在实际应用中，复合材料在受外部作用时容易出现屈曲变形。因此，研究复合材料的屈曲强度是非常重要曲变形。因此，研究复合材料的屈曲强
7、度是非常重要的。复合材料的屈曲理论包括经典的屈曲理论和非经的。复合材料的屈曲理论包括经典的屈曲理论和非经典的屈曲理论。典的屈曲理论。复合材料的屈曲强度经典的屈曲理论非经典的屈曲理论复合材料的断裂复合材料的断裂力学力学除了屈曲强度外，复合材料的断裂力学也是非常重要除了屈曲强度外，复合材料的断裂力学也是非常重要的内容。复合材料的断裂模式和机理不仅能够指导制的内容。复合材料的断裂模式和机理不仅能够指导制造工艺，还能够为材料改性提供指导和帮助。造工艺，还能够为材料改性提供指导和帮助。复合材料的断裂力学断裂模式和机理断裂韧性和裂纹扩展的计算方法 0303第3章 复合材料的塑性和损伤力学 复合材料的塑性变
8、形基础塑性变形的分类和机制材料的塑性变形机制复合材料塑性变形机制的特征复合材料的塑性变形机制复合材料的微观损伤复合材料内在缺陷和微观损伤的分类复合材料的内在缺陷和微观损伤复合材料损伤积累和疲劳寿命的特征复合材料的损伤积累和疲劳寿命复合材料的断裂和破坏复合材料破坏的过程及其特征复合材料的破坏过程和形式复合材料断裂力学理论的应用复合材料的断裂力学理论复合材料应力分析的数值方法复合材料应力分析的步骤和流程复合材料应力分析的基本步骤常用的数值方法及其特点常见的数值方法及其应用复合材料的损伤复合材料的损伤积累和疲劳寿命积累和疲劳寿命复合材料在使用过程中，难以避免的是损伤积累和疲复合材料在使用过程中，难以
9、避免的是损伤积累和疲劳寿命的问题。这是由于复合材料存在各种缺陷和微劳寿命的问题。这是由于复合材料存在各种缺陷和微观损伤，只要长时间的使用，就会发生相应的疲劳破观损伤，只要长时间的使用，就会发生相应的疲劳破坏。坏。毛细裂纹是由于纤维层间微小的滑移和剪切滞后而引起的毛细裂纹0103纤维断裂是由于纤维受到弯曲、切割或拉伸力作用而断裂纤维断裂02层间分离是由于复合材料的粘结强度不足而引起的层间分离复合材料的塑性变形机制复合材料的塑性变形机制分为拉伸和剪切两种类型，其中拉伸型的塑性变形是由于复合材料的纤维在拉伸过程中发生了轴向的塑性变形，而剪切型的塑性变形则是由于纤维层间的剪切滑移所导致的。边界元法边界
10、元法适用于弹性、静电场和流场等适用于弹性、静电场和流场等方面的分析方面的分析计算效率高，但应用范围较小计算效率高，但应用范围较小辅助基函数法辅助基函数法适用于弹性、塑性、断裂和损适用于弹性、塑性、断裂和损伤等方面的分析伤等方面的分析计算效率高，但需要先验知识计算效率高，但需要先验知识材料层分析法材料层分析法适用于复合材料的强度和应力适用于复合材料的强度和应力分析分析计算效率高，但需要先验知识计算效率高，但需要先验知识常见的数值方法及其应用有限元法有限元法适用于弹性、塑性、损伤、动适用于弹性、塑性、损伤、动力等方面的分析力等方面的分析精度高，计算效率较低精度高，计算效率较低 0404第4章 复合
11、材料的应用 复合材料制造的机身结构大大降低了飞机的重量机身结构0103复合材料的高强度和高温耐受能力使其适用于各种推进系统的制造推进系统02利用复合材料制造的翼面能够提高飞机的飞行性能翼面制造利用复合材料制造的车身结构可以显著提高汽车的安全性和耐撞性车身结构0103复合材料的高温耐受能力和高强度特性使其适用于各种发动机部件的制造发动机部件02使用复合材料制造的汽车外观件可以更好地满足设计要求，并且具有更好的耐用性外观件制造使用复合材料制造的建筑外墙可以极大地提高建筑物的耐久性和防水性建筑外墙0103使用复合材料制造的地板材料可以实现更好的环保性和抗磨损性地板材料02利用复合材料制造的屋顶材料可
12、以实现更具有设计感和耐久性的建筑形态屋顶材料使用复合材料制造的高尔夫球杆可以提高球杆的性能指标，并且具有更好的舒适性高尔夫球杆0103使用复合材料制造的保龄球可以提高球的抗磨损性和耐用性，同时也能够提高球的稳定性和弹性保龄球02利用复合材料制造的滑雪板可以提高滑雪板的强度和稳定性，并且具有更好的灵敏度和反应能力滑雪板复合材料的优势复合材料具有高强度和高刚度的特性，比如碳纤维等强度高复合材料的密度较低，可以实现更轻量化的设计方案轻量化复合材料具有良好的耐腐蚀性能，可以延长使用寿命耐腐蚀复合材料的加工性能优良，可以实现各种复杂的几何结构易加工汽车工业汽车工业特斯拉特斯拉ModelSModelS的车
13、身结构采的车身结构采用铝合金和碳纤维复合材料用铝合金和碳纤维复合材料保时捷保时捷911GT3RS911GT3RS的车门外壳的车门外壳和发动机盖都采用碳纤维复合和发动机盖都采用碳纤维复合材料材料迈凯轮迈凯轮P1P1超级跑车的车身完全超级跑车的车身完全由碳纤维复合材料制造由碳纤维复合材料制造建筑领域建筑领域迪拜某高楼的外墙采用复合材迪拜某高楼的外墙采用复合材料制造，可以降低建筑物重量料制造，可以降低建筑物重量和节约能源和节约能源东京奥运会主场馆采用了多种东京奥运会主场馆采用了多种复合材料，可以实现更好的环复合材料，可以实现更好的环保和安全性保和安全性伦敦希思罗机场的航站楼采用伦敦希思罗机场的航站楼
14、采用碳纤维复合材料制造，可以实碳纤维复合材料制造，可以实现更好的结构性能现更好的结构性能体育器材体育器材乒乓球拍的框架和网球拍的网乒乓球拍的框架和网球拍的网线都采用了复合材料线都采用了复合材料高尔夫球杆、滑雪板、保龄球高尔夫球杆、滑雪板、保龄球等器材都采用了复合材料制造等器材都采用了复合材料制造奥运会各种项目的器材几乎都奥运会各种项目的器材几乎都采用了复合材料制造采用了复合材料制造复合材料的应用案例航空航天航空航天波音波音787787客机的机身和翼面大客机的机身和翼面大规模采用碳复合材料，可以减规模采用碳复合材料，可以减轻重量和降低油耗轻重量和降低油耗瑞典瑞典AJAJ飞机的机身和翼面完全飞机的
15、机身和翼面完全采用复合材料制造采用复合材料制造美国美国F35F35战斗机的垂尾、机身战斗机的垂尾、机身和机翼都采用了复合材料和机翼都采用了复合材料总结复合材料作为一种新型材料，具有很多优秀的性能和广泛的应用前景。随着科技的不断进步和人们对轻量化、环保化和节能化的追求，复合材料在未来的发展中将会扮演越来越重要的角色。0505第5章 复合材料的制备技术 复合材料的原材料选择了解不同原材料的特性复合材料的原材料和特性掌握合适的原材料配比方法原材料的选择和配比复合材料的加工方法掌握复合材料加工方法的基本原理常用的复合材料加工方法了解各种方法的优缺点各种加工方法的优缺点比较复合材料的表面处理技术掌握不同
16、的表面处理方法复合材料的表面处理方法了解不同处理方法的优缺点各种处理方法的优缺点比较复合材料的质量控制和检测技术掌握不同的质量控制和检测方法复合材料的质量控制和检测方法了解不同方法的优缺点各种方法的优缺点比较选择合适的原材料和适量的比例原材料的配比0103对加工好的复合材料进行表面处理，以增强其性能表面处理02根据需要进行加工和处理，以得到所需的形状和性能加工处理玻璃纤维复合材料玻璃纤维复合材料透明、隔热、防腐、耐腐蚀透明、隔热、防腐、耐腐蚀广泛应用于建筑、交通、电子广泛应用于建筑、交通、电子等领域等领域陶瓷复合材料陶瓷复合材料高耐磨、高耐腐蚀、高温稳定高耐磨、高耐腐蚀、高温稳定性好性好广泛应
17、用于机械、电子、化工、广泛应用于机械、电子、化工、航天等领域航天等领域金属基复合材料金属基复合材料高强度、高刚性、高耐热高强度、高刚性、高耐热广泛应用于航空、航天、汽车、广泛应用于航空、航天、汽车、电子等领域电子等领域不同复合材料的特性及应用碳纤维复合材料碳纤维复合材料轻量化、高强度、高模量轻量化、高强度、高模量广泛应用于航空、航天、运动广泛应用于航空、航天、运动器材等领域器材等领域复合材料的优点复合材料的优点复合材料具有轻质、高强、高刚度、耐热、耐腐蚀、复合材料具有轻质、高强、高刚度、耐热、耐腐蚀、耐磨等优点，被广泛应用于各个领域，如航空、航天、耐磨等优点，被广泛应用于各个领域，如航空、航天
18、、汽车、建筑、电子等。汽车、建筑、电子等。复合材料的发展复合材料的发展趋势趋势随着科技的不断发展，复合材料的应用范围会不断扩随着科技的不断发展，复合材料的应用范围会不断扩大，同时也会有更多的技术和材料被应用于复合材料大，同时也会有更多的技术和材料被应用于复合材料的制备中，以满足不同领域的需求。的制备中，以满足不同领域的需求。常见的复合材料应用翼尖、机身、发动机等部件航空领域卫星、航天器外壳等航天领域车身、底盘、发动机罩等部件汽车领域建筑结构材料、门窗等建筑领域 0606第6章 总结与展望 复合材料力学的发展历程复合材料力学是一个新兴的领域，其发展历程可以大致分为三个阶段。第一个阶段主要是对复合
19、材料宏观力学行为进行建模和分析；第二个阶段则着重研究复合材料的微观结构和成分对其力学性能的影响；第三个阶段则是将复合材料力学与其他领域相结合，例如纳米科技、生物医学工程等。未来，复合材料力学的研究方向将更加多元化，应用范围也将更加广泛。当前复合材料力学研究的热点和难点当前，复合材料力学研究的热点和难点主要集中在以下几个方面：1.复合材料的制备与性能研究2.复合材料的损伤与断裂行为研究3.复合材料的成型与加工技术研究4.复合材料的多尺度建模与分析这些问题都是复合材料领域的难点，但也为未来的研究提供了广阔的空间。将传感器和控制器集成到复合材料中，实现智能化功能智能化0103将纳米技术与复合材料技术
20、相结合，制备新型复合材料纳米复合材料02将复合材料的力学性能与其他性能相结合，实现多种功能多功能化复合材料力学的启示和影响复合材料的发展推动了新材料的研究与开发新材料研究复合材料的生产需要先进的技术和设备，推动了产业技术升级生产技术升级复合材料的开发需要考虑环保因素，促进了环保意识的提高环保意识提高复合材料力学的复合材料力学的未来应用前景展未来应用前景展望望从目前的应用来看，复合材料已经广泛应用于航空航从目前的应用来看，复合材料已经广泛应用于航空航天、汽车、电子、能源等领域，并取得了显著成效。天、汽车、电子、能源等领域，并取得了显著成效。未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，未来，随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，复合材料的应用前景将更加广阔。复合材料的应用前景将更加广阔。预浸料法预浸料法产品性能稳定产品性能稳定生产效率高生产效率高成本较高成本较高有环保问题有环保问题纺丝成型法纺丝成型法适用于生产连续形状的复合材适用于生产连续形状的复合材料料需要专门设备需要专门设备成本较高成本较高3D3D打印法打印法可实现快速定制可实现快速定制生产效率高生产效率高材料选择受限材料选择受限产品性能有待提高产品性能有待提高复合材料的制备与加工技术手工层叠法手工层叠法工艺简单工艺简单适用于小批量生产适用于小批量生产产品性能易受工艺影响产品性能易受工艺影响 谢谢观看！下次再见