自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性摘要:自润滑复合材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向,由于其在特殊使用条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注。本文主要介绍国内外自润滑复合材料的开发与进展,讨论了对材料摩擦学性能的影响因素。
关键词:固体润滑摩擦磨损自润滑复合材料
一、前言:
液态润滑(润滑油、脂是传统的润滑方式,也是应用最为广泛的一种润滑方式。但液体润滑存在一下问题:
1.高温作用下添加剂容易脱落;
2.随温度升高,其粘性下降,承载能力下降;
3.高温环境下其性能衰减等问题;
4.液体润滑会增加成本,如切削加工中的切削液;
5.液体润滑会造成环境污染。
所以,自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料,成为目前摩擦学领域的重要研究热点。
二、自润滑材料的种类
自润滑材料一般分为金属基自润滑材料、非金属基自润滑材料和陶瓷自润滑材料。其制备方法通常为粉末冶金法,此外,等离子喷涂、表面技术和铸造法也被应用于自润滑复合材料的制备。
1金属基自润滑材料
金属基自润滑复合材料是以具有较高强度的合金作为基体,以固体润滑剂作为分散相,通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。目前已开发的
金属基自润滑复合材料,如在铁基、镍基高温合金中添加适量的硫或硒及银基和铜基自润滑材料,都已得到一定程度的应用。
2非金属基自润滑材料
非金属基自润滑材料主要是指高分子材料或高分子聚合物,如尼龙等。它在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。目前高分子基自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度;通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能。
3陶瓷自润滑材料
陶瓷材料以其独特的特点和优点,使得陶瓷及陶瓷复合材料的自润滑研究
已经引起了较为广泛的重视。
三、自润滑减摩材料的特点、性能
1 粉末冶金法制造减摩材料的特点
(1在混料时可掺入各种固体润滑剂(如石墨、硫、硫化物、铅、二硫化钼、氟化钙等,以改善该材料的减摩性能;
(2利用烧结材料的多孔性,可浸渍各种润滑油,或填充固体润滑剂,或热敷和滚轧改性塑料带等,使材料更具自润滑性能,减摩性能特佳;
(3优良的自润滑性,使它能在润滑剂难以到达之处和难以补充加油或者不希望加油(如医药、食品、纺织等工业的场合,能安全和无油污染的使用;
(4较易制得无偏析的、两种以上金属的密度差大的铜铅合金—钢背、铝铅合金—钢等双金属材料;
(5材料具有多孔的特性,能减振和降低噪声;
(6材质成分选择灵活性大,诸如无机材料金属及合金、非金属、化合物和有机材料聚合物等,均可加入其中,并能获得较理想的减摩性能,例如高石墨含量的固体润滑减摩材料等;
(7特殊用途的减摩材料,如空气轴承、液压轴承、耐腐蚀性轴承等,更发挥了粉末冶金减摩材料的特点。
2 对减摩材料的使用要求及主要性能要求是:
主要使用要求:
(1摩擦系数低而稳定;
(2承载能力(即许用PV值高;
(3不易损伤对偶件;
(4耐磨性好。
主要性能要求:
(1导热性高,防止摩擦表面温度过高,造成拉伤甚至“咬死”;
(2线膨胀系数低,要防止因温度升高而导致间隙消失以至“抱死”,特别是小间隙下尤为重要;
(3质地较软,易跑合,要注意因摩擦面过小,而造成局部过高的单位压力;
(4较好的抗咬合性;
(5材料呈硬组织,要求是硬骨架和软的基体,以利于形成油膜而降低摩擦系数和磨损。
四、影响自润滑材料摩擦特性的因素
1组分的影响
除了在有些金属中,添加适量固体润滑剂能使其机械性能有所增强外,一般来说,随着固体润滑剂含量的增加,自润滑材料的摩擦系数呈下降趋势,而磨损率却呈上升趋势,机械性能随润滑剂含量的增加而降低。另外,多组元间热膨胀系数等物理性质的匹配关系决定了材料的显微结构、力学性能,因而影响到其润滑作用及耐磨性能。
2 配副的影响
材料间的化学反应、表面能、表面硬度、化学活性等物理化学性能的不同,其摩擦学特性也不同。
3气氛的影响
在不同气氛下,由于受到表面吸附和污染、表面化学反应等因素的影响,材料的摩擦学性能可能会出现很大差异。许多固体润滑剂的润滑效果对气氛有依赖性。
4摩擦速度和载荷的影响
摩擦速度不同,载荷不同使得摩擦表面的接触状态、表面特性、摩擦温度发生变化,从而影响材料的摩擦学性能。
四、结语
金属基固体润滑材料不仅具有基体金属的良好机械强度,而且具有固体润滑剂的优良特性,在工程领域获得了较为成功的应用。高聚物自润滑复合材料由于具有优异的摩擦磨损性能,也得到了广泛的应用。
参考文献
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摘要 与传统的CF增强材料相比，CNTs／CF混杂多尺度增强体在提高复合材料横向力学性能，充分发挥CNTs和cF的优异性能，开发具有综合优异性能的先进复合材料方面具有显著优势。目前该领域的研究尚处于起步阶段，几种常见的制备方法中化学气相沉积法尤其是等离子体化学气相沉积法获得的多尺度增强体的纳米结构在纤维表面均匀密布，具有广阔的发展前景和应Hj潜力。总之，CNTs／CF制备工艺的进一步完善和其与树脂复合后的新型复合材料的性能研究有待深入探索。 引言 碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有强度高、模量高、密度小、尺寸稳定等一系列优异性能，已器材等领域。众所周知，复合材料的性能主要取决于纤维和树脂基体本身的力学性能、纤维的表面能、纤维与基体之间的界面粘结以及界面应力传递能力。由于碳纤维(CF)表面为石墨乱层结构，纤维表面惰性大、表面能低，有化学活性的宫能}玎少，反应活性低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘结强度低，复合材料层间剪切强度(Interlaminar Sheafing Strength，ILSS)低。另外，纤维复合材料是各向异性十分突出的材料，其优异的物理、力学性能都集中在纤维的轴向，而在复合材料的横向无纤维加强作用．复合材料耐冲击性能较差。为改善纤维增强树脂基复合材料的性能，必须对纤维／树脂基体间的界面进行优化设计，同时改善树脂基体的性能指标。 纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)是由单层或多层石墨烯片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、纳米级中空管体。组成CNTs的c—C共价键是自然界巾很稳定的化学键，理论计算和实验表明CNTs具有极高的强度和极大的韧性¨1，理论估计其杨氏模量高达5TPa，实验测得平均为1．8TPa，弯曲强度为14．2GPa，抗拉强度为钢的100倍，密度仅为钢的1／6～l／7。其直径在0．4—50nm之间，长度可达数微米至数毫米，因而具有很大的长径比，一般大于1000，是准一维的量子线，被看作复合材料增强体的终极形式，必将作为增强相而在复合材料中得到应用HJ。CNTs主要由碳元素组成，与聚合物有相似的结构，尺寸在同一数量级上，可将CNTs看作一种单元素的聚合物，且CNTs表面原子约占50％以上，与聚合物之间的相互作用强，研究表明，CNTs与聚合物之间的应力传递能力至少是传统纤维增强复合材料的10倍以上¨J，同时CNTs还具有很好的韧性，能够承受40％的张力应变，而不会呈现膪I生行为、塑性变形或键断裂．可以提高基体材料的韧性。6 J，因此可与聚合物复合制备高性能的复合材料。将准一维纳米材料CNTs与传统连续纤维混合作为复合材料增强相，有望同时改善复合材料的界面性能和树脂基体的抗冲强度。 CNTs／CF作为多尺度增强材料，其方式主要有掺杂法、化学气相沉积法、混纺法及化学接枝法。 碳纳米管／碳纤维混杂多尺度增强体 研究现状 掺杂法 掺杂法是将CNTs直接混合在树脂中，然后与连续CF复合，制备复合材料。究了多壁碳纳米管(MWCNTs)／T300连续cF环氧树脂复合材料的力学性能，当基体中CNTs的含量为3％时复合材料的力学性能最佳，断裂强度为1780MPa，模量为164GPa。国防科学技术大学采
复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215
用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 孙仁辉1 ，姚华1 ，张浩斌1 ，李越1 ，米耀荣2 ，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京 100029;2.高级材料技术中心（CAMT ），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al 2O 3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP ）。借助超临界二氧化碳（scCO 2），通过Al(NO 3)3 前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP 表面上形成许多Al 2O 3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al 2(SO 4)3 前体的成核和水解，Al 2(SO 4)3 缓慢成核并在GNP 上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al 2O 3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al 2O 3@GNP 混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al 2O 3@GNP 混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m ·K ）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs ） 功能复合材料 电气特性 热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun 1，Hua Yao 1， Hao-Bin Zhang 1，Yue Li 1，Yiu-Wing Mai 2，Zhong-Zhen Yu 3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al 2O 3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO 2), numerous Al 2O 3 nanoparticles are formed
例3?1：己知HT3/5244碳纤维增强复介材料单层的T 程弹性常数为 E )= 140GPa; E 2 =8.6GPa; G }2 =5.0GPa; v 12=0.35 试求单层受到面内应力分量为硏=500MPa , 例3?2：单层板受面内应力rr =15OMPa, q=50MPa, r =75MPa 作用， ^=45° ,试求材料主方向坐标系下的应力分量。 ■ 1 -1 解: 0.5 0.5 -0.5 0.5 0.5 0.5 6 J J 140.9 3.0 ■ 0 e= 3.0 10」 0 GPa 0 ■ 0 5.0 ■ 0.5 0.5 -1 0.5 0.5 1 0.5 -0.5 0.5 0.5 1 0.5 0.5 -1 -0.5 0.5 0 例3?4：已知碳纤维/环氟HT3/5224单层板材料主方向应变 c, =0.005; ? =-0.01; y n =0.02 — 45。，试求(1)材料主方向应力；(2)参考坐标系下的应 _ 0.5 0.5 1 _0.5 0.5 -1' T = 0.5 0.5 -1 r1 =0.5 0.5 1 -0.5 0.5 0 ■ ■0.5 -0.5 0 ■ ■ ■ ■■■「0.5 0.5 -0.5' "0.005--0.0125 =r T& ：2=0.5 0.5 0.5 -0.01 =0.0075 2V712. 1 ■-1 0 0.02 0.0150 ■B 力和应变。141.9 3.06 ■ 已知：Q =3.06 8.66 0 GPa 0 0 5.0 解：■ ■Qu a o ■ ■ 所 ^2=2|> 02 0 % _ 0 0纸 ■ 712. 141.9 3.06 ■ "0.005" 「678. 9' 3.06 8.66 0 -0.01 xl03 =-71.3 MPa 0 0 50 0.02 100 ■ -1 '67X.< ■204 1 -71.3 二404 0 100 375 MPa 复合材料习题 第一章 一、判断题：判断以下各论点的正误。 1、复合材料是由两个组元以上的材料化合而成的。（?） 2、混杂复合总是指两种以上的纤维增强基体。（?） 3、层板复合材料主要是指由颗料增强的复合材料。（?） 4、最广泛应用的复合材料是金属基复合材料。（?） 5、复合材料具有可设计性。（?） 6、竹、麻、木、骨、皮肤是天然复合材料。（?） 7、分散相总是较基体强度和硬度高、刚度大。（?） 8、玻璃钢问世于二十世纪四十年代。（?） 二、选择题：从A、B、C、D中选择出正确的答案。 1、金属基复合材料通常（B、D） A、以重金属作基体。 B、延性比金属差。 C、弹性模量比基体低。 D、较基体具有更高的高温强度。 2、目前，大多数聚合物基复合材料的使用温度为（B） A、低于100℃。 B、低于200℃。 C、低于300℃。 D、低于400℃。 3、金属基复合材料的使用温度范围为（B） A、低于300℃。 B、在350-1100℃之间。 C、低于800℃。 D、高于1000℃。 4、混杂复合材料（B、D） A、仅指两种以上增强材料组成的复合材料。 B、是具有混杂纤维或颗粒增强的复合材料。 C、总被认为是两向编织的复合材料。 D、通常为多层复合材料。 5、玻璃钢是（B） A、玻璃纤维增强Al基复合材料。 B、玻璃纤维增强塑料。 C、碳纤维增强塑料。 D、氧化铝纤维增强塑料。 6、功能复合材料（A、C、D） A、是指由功能体和基体组成的复合材料。 B、包括各种力学性能的复合材料。 C、包括各种电学性能的复合材料。 D、包括各种声学性能的复合材料。 7、材料的比模量和比强度越高（A） A、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。B． C、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 三、简述增强材料（增强体、功能体）在复合材料中所起的作用，并举例说明。 填充：廉价、颗粒状填料，降低成本。例：PVC中添加碳酸钙粉末。 增强：纤维状或片状增强体，提高复合材料的力学性能和热性能。效果取决于增强体本身的力学性能、形态等。例：TiC颗粒增强SiN复合材料、碳化钨/钴复合材料，切割工具；碳/碳复合材 复合材料力学上机编程作业 学院：School of Civil Engineering专业：Engineering Mechanics 小组成员信息：James Wilson（2012031890015）、Tau Young（2012031890011）复合材料力学学了五个星期，这是这门课的第一次编程作业。我和杨涛结成一个小组，我用的是Fortran编制的程序，Tau Young用的是matlab编制。其中的算例以我的Fortran计算结果为准。Matlab作为可视化界面有其独到之处，在附录2中将会有所展示。 作业的内容是层合板的刚度的计算和验算，包括拉伸刚度A、弯曲刚度D以及耦合刚度B。 首先要给定层合板的各个参数，具体有：层合板的层数N；各单层的弹性常数 E1、E2、υ21、G12；各单层 对应的厚度；各单层对应的主方向夹角θ。然后就要计算每个单层板的二维刚度矩阵Q，具体公式如下： υ12=υ21E2 E1；Q11=E11-υ12υ21；Q22=E21-υ12υ21；Q12=υ12E1； 1-υ12υ21Q66=G12 得到Q矩阵后，根据课本上讲到的Q=(T-1)TQ(T-1)得到Q。 然后根据z坐标的定义求出z0到zn，接下来，最重要的一步，根据下式计算A、B、D。 n??Aij=∑(Qij)k(zk-zk-1) k=1??1n22?Bij=∑(Qij)k(zk-zk-1) 2k=1??1n33?Dij=∑(Qij)k(zk-zk-1)3k=1? 一、书上P110的几个问题可以归纳为以下几个类型。 第 1 页共 1 页 （4）6层反对称角铺设层合板（T5-10）第 2 页共 2 页 2014学年度第 一 学期课程考试 《复合材料》本科 试卷（B 卷） 注意事项：1. 本试卷共 六 大题，满分100分，考试时间90分钟，闭卷； 2. 考前请将密封线内各项信息填写清楚； 3. 所有答案必须写在试卷上，做在草稿纸上无效； 4．考试结束，试卷、草稿纸一并交回。 一、选择题(30分，每题2分) 【得分： 】 1.复合材料中的“碳钢”是（ ） A 、玻璃纤维增强Al 基复合材料。 B 、玻璃纤维增强塑料。 C 、碳纤维增强塑料。 D 、氧化铝纤维增强塑料。 2.材料的比模量和比强度越高（ ） A 、制作同一零件时自重越小、刚度越大。 B 、制作同一零件时自重越大、刚度越大。 C 、制作同一零件时自重越小、刚度越小。 D 、制作同一零件时自重越大、刚度越小。 3.在体积含量相同情况下，纳米颗粒与普通颗粒增强塑料复合材料（ ） A 、前者成本低 B 、前者的拉伸强度好 C 、前者原料来源广泛 D 、前者加工更容易 4、Kevlar 纤维（ ） A 、由干喷湿纺法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到1000℃以上。 D 、由化学沉积方法制成。 5、碳纤维（ ） A 、由化学沉积方法制成。 B 、轴向强度较径向强度低。 C 、强度性能可保持到3000℃以上。 D 、由先纺丝后碳化工艺制成。 6、聚丙烯增强塑料的使用温度一般在：（ ） A 、120℃以下 B 、180℃以下 C 、250℃以下 D 、250℃以上 7、碳纤维增强环氧复合材料力学性能受吸湿影响，原因之一是（ ） A 、环氧树脂吸湿变脆。 B 、水起增塑剂作用，降低树脂玻璃化温度。 复合材料论文 陶瓷基复合材料的发展状况 12级无机非（1）班1203031002 秦宇 摘要：材料是科学技术发展的基础，材料的发展可以推动科学技术的发展，材料主要有金属材料、聚合物材料、无机非金属材料和复合材料四大类。其中复合材料是是最新发展地来的一大类，发展非常迅速。最早出现的是宏观复合材料，它复合的组元是肉眼可以看见的，比如混凝土。随后发展起来的是微观复合材料，它的组元肉眼看不见。由于复合材料各方面优异的性能，因此得到了广泛的应用。复合材料对航空、航天事业的影响尤为显著，可以说如果没有复合材料的诞生，就没有今天的飞机、火箭和宇宙飞船等高科技产品。 本文从纤维增强陶瓷基复合材料Cf/SiC入手，综述了陶瓷基复合材料（ceramic matrix composite，CMC）的特殊使用性能、界面增韧机理、制备工艺作了较全面的介绍，并对CMC 的的研究现状、未来发展进行了展望。 关键词：陶瓷基复合材料、增强纤维、基体 正文 陶瓷基复合材料的定义与特性 陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氮化硅、碳化硅等高温结构陶瓷。这些先进陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，其致命的弱点是具有脆性，处于应力状态时，会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。而采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。 陶瓷基复合材料(CMC)由于具有高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，是制造推重比10 以上航空发动机的理想耐高温结构材料。一方面，它克服了单一陶瓷材料脆性断裂的缺点，提高了材料的断裂韧性；另一方面，它保持了陶瓷基体耐高温、低膨胀、低密度、热稳定性好的优点。陶瓷基复合材料的最高使用温度可达1650℃，而密度只有高温合金的70％。因此，近几十年来，陶瓷基复合材料的研究有了较快发展。目前CMC 正在航空发动机的高温段的少数零件上作评定性试用。 陶瓷基复合材料的分类 按增强材料形态分类，陶瓷基复合材料可分为颗粒增强陶瓷复合材料、纤维增强陶瓷复合材料、片材增强陶瓷复合材料。 按基体材料分类，陶瓷基复合材料可分为氧化物基陶瓷复合材料、非氧化物基陶瓷复合材料、碳/碳复合材料、微晶玻璃基复合材料。 三、陶瓷基复合材料的界面对材料整体性能的影响 界面直接影响复合材料的整体力学性能。纤维与基体间界面的主要作用有： (1)传递作用：由于纤维是主要的载荷承担者，因此界面必须有足够的结合强度来传递载荷，使纤维承受大部分载荷，在基体与纤维之间起到桥梁作用； (2)阻断作用：当基体裂纹扩展到纤维与基体间界面时，结合适当的界面能够阻止裂纹扩展或使裂纹发生偏转，从而达到调整界面应力，阻止裂纹向纤维内部扩展的效果。 当一垂直于纤维方向的裂纹穿入包埋单根纤维的基体时，随后的破坏机制界面对陶瓷基复合材料力学性能的影响分析可能为：基体断裂、纤维—基体界面脱粘、脱粘后摩擦、纤维断裂、应力重新分布、纤维拔出等。 对陶瓷基复合材料来说，纤维与基体的界面是控制材料性能的关键因素。因此，研究界面对陶瓷基复合材料的力学性能的影响具有重要意义。在纤维与基体之间的界面反应将改变材料 复合材料力学讲义 第一部分简单层板宏观力学性能 1.1各向异性材料的应力—应变关系 应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为： （1—1） 其中σi为应力分量，C ij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。 按表1—l，用简写符号表示的应变定义为： 表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照 注：γij（i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变 （1—2） 其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。 在方程(1—2)中，刚度矩阵C ij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为： （1—3） 由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为： （1—4） 沿整个应变积分，单位体积的功为： （1—5） 虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出： （1—6） 于是 （1—7） 同样 （1—8） 因W的微分与次序无，所以： （1—9） 这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。 用同样的方法我们可以证明： （1—10） 其中S ij是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为 （1—11） 同理 （1—12）即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。 在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为： （1—13）实际上，关系式(1—13)是表征各向异性材料的，因为材料性能没有对称平面．这种各向异性材料的别名是全不对称材料．比各向异性材料有更多的性能对称性的材料将在下面几段中叙述．各种材料性能对称的应力—应变关系式的证明由蔡（Tais）等给出。 如果材料有一个性能对称平面应力—应变关系式可简化为 （1—14） 复合材料力学上机作业 （2013年秋季） 班级力学C102 学生姓名赵玉鹰 学号105634 成绩 河北工业大学机械学院 2013年12月30日 作业1 单向板刚度及柔度的计算 一、要 求 （1）选用FORTRAN 、VB 、MAPLE 或MATLAB 编程计算下列各题； （2）上机报告内容：源程序、题目内容及计算结果； （3）材料工程常数的数值参考教材自己选择； （4）上机学时：2学时。 二、题 目 1、已知单层板材料工程常数1E ，2E ，12G ，计算柔度矩阵[S ]和刚度矩阵[Q ]。（玻璃/环氧树脂单层板材料的MPa 1090.341?=E ，MPa 1030.142?=E ，MPa 1042.0412?=G ，25.021=μ，MPa 1001=σ，MPa 302-=σ，MPa 1012=τ） ●Maple 程序 > restart: > with(linalg): > E[1]:=3.9e10: > E[2]:=1.3e10: > G[12]:=0.42e10: > mu[21]:=0.25: > mu[12]:=E[1]*mu[21]/E[2]: > Q[11]:=E[1]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[12]:=mu[12]*E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[13]:=0: > Q[21]:=Q[12]: > Q[22]:=E[2]/(1-mu[12]*mu[21]): > Q[23]:=0: > Q[31]:=Q[13]: > Q[32]:=Q[23]: > Q[33]:=G[12]: >Q:=evalf(matrix(3,3,[[Q[11],Q[12],Q[13]],[Q[21],Q[22], Q[23]],[Q[31],Q[32],Q[33]]]),4); 暨南大学研究生课程论文 题目：复合材料结构力学认识 学院：理工学院 学系：土木工程 专业：建筑与土木工程 课程名称：复合材料结构力学 学生姓名：陈广强 学号：1339297001 电子邮箱：chengq09@https://www.doczj.com/doc/b98795887.html, 指导教师：王璠 复合材料结构力学认识 主题词：复合材料力学；复合材料结构力学；力学特性；力学基础复合材料结构力学研究复合材料的杆、板、壳及基组合结构的应力分析、变形、稳定和振动等各种力学问题，，在广议上属于复合材料力学的一个分支。由于其内容丰富，问题重要和研究对象不同，已成为和研究复合材料力学问题的狭义复合材料力学并列的学科分支。 一、复合材料结构力学研究内容和办法 目前复合材料结构力学以纤维增强复合材料层压结构为研究对象，主要研究内容包括：层合板和层合壳结构的弯曲，屈曲与振动问题，以及耐久性、损伤容限、气功弹性剪裁、安全系数与许用值、验证试验和计算方法等专题。研究中采用宏观力学模型，可以分辩出层和层组的应力。这些应力的平均值为层合板应力。研究方法以各向异性弹性力学方法为主，同时采用有限元素法、有限差分法、能量变分法等方法。对耐久性、损伤容限等较新的课题则采用以试验为主的研究方法。 二、复合材料结构的力学特性 1、复合材料的比强度和比刚度较高 材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星、复合电缆支架、复合电缆夹具等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的 摘要：纤维增强复合材料具有较强的结构特性，是一种多相体材料。其力学性能及损伤破坏规律不仅取决于各组分材料性能，同时也取决于细观结构特征。采用细观力学分析研究复合材料宏现力学性能与细观结构参数之间的内在联系具有重要的科学意义和工程价值。论述了细观力学实验技术的理论基础和常用实验技术及进展，介绍了复合材料的细观力学模型的发展，综述了复合材料力学行为有限元分析的研究现状，并对这一学科的研究发展进行了简要评述与展望。 1 前言 纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它复合材料所无法比拟的。纤维复合材料因其较高的比强度、比模量在国外先进战略、战术固体火箭发动机方面应用较多，如美国的战略导弹“侏儒”三级发动机壳体，“三叉戟”一、二、三级发动机壳体的复合材料裙，民兵系列发动机的喷管扩张段，部分固体发动机及高速战术导弹美国的11IAAD、ERINT等。除军用外，开发纤维复合材料的其它应用也大有作为，如飞机及高速列车刹车系统、民用飞机及汽车复合材料结构件、高性能碳纤维轴承、风力发电机大型叶片、体育运动器材(如滑雪板、球拍、渔杆)等。随着碳纤维生产规模的扩大和生产成本的逐步下降，在增强混凝土、新型取暖装置、新型电极材料乃至日常生活用品中的应用也必将迅速扩大。我国拟大力开发新型纤维增强复合材料建材及与环保、日用消费品档关的高科技纤维增强复合材料的新市场,因此，对于纤维增强复合材料的力学性能研究是十分必要的。 复合材料既表现出宏观特征，又具有明显的细观结构特征。复合材料力学是一种两层次的力学理论。在宏观尺度上，可以将复合材料当作各向异性的宏观均匀连续体，用连续介质力学理论研究复合材料的力学行为旧，但是无法研究对宏观行为有重要影响的细观尺度上各组份相的变形及损伤失效行为。在细观尺度上，复合材料具有包含多种组份相的非均质结构，复合材料细观力学在宏观有效性能预测以及细观应力、应变场分析方面取得了一定进展。如果将复合材料宏观结构分析与细观结构分析结合起来，在进行宏观结构分析时就能够获得细观尺度上的力学参量值，将是一种更好的分析方法。本文在分析复合材料宏观、细观特 复合材料力学讲义-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 复合材料力学讲义 第一部分简单层板宏观力学性能 1.1各向异性材料的应力—应变关系 应力—应变的广义虎克定律可以用简写符号写成为： （1—1） 其中σi为应力分量，C ij为刚度矩阵εj为应变分量．对于应力和应变张量对称的情形(即不存在体积力的情况)，上述简写符号和常用的三维应力—应变张量符号的对照列于表1—1。 按表1—l，用简写符号表示的应变定义为： 表1—1 应力——应变的张量符号与简写符号的对照 注：γij（i≠j）代表工程剪应变，而εij（i≠j）代表张量剪应变 （1—2） 其中u，v，w是在x，y，z方向的位移。 在方程(1—2)中，刚度矩阵C ij有30个常数．但是当考虑应变能时可以证明弹性材料的实际独立常数是少于36个的．存在有弹性位能或应变能密度函数的弹性材料当应力σi作用于应变dεj时，单位体积的功的增量为： （1—3） 由应力—应变关系式(1—1)，功的增量为： （1—4） 沿整个应变积分，单位体积的功为： （1—5） 虎克定律关系式(1—1)可由方程(1—5)导出： （1—6） 于是 （1—7） 同样 （1—8） 因W的微分与次序无，所以： （1—9） 这样刚度矩阵是对称的且只有21个常数是独立的。 用同样的方法我们可以证明： （1—10） 其中S ij是柔度矩阵，可由反演应力—变关系式来确定应变应力关系式为 （1—11） 同理 （1—12） 即柔度矩阵是对称的，也只有21个独立常数．刚度和柔度分量可认为是弹性常数。 在线性弹性范围内，应力—应变关系的一般表达式为： （1—13） 《复合材料力学》沈观林编著清华大学出版社 第一章复合材料概论 1.1复合材料及其种类 1、复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料。 2、复合材料从应用的性质分为功能复合材料和结构复合材料两大类。功能复合材料主要具有特殊的功能。 3、结构复合材料由基体材料和增强材料两种组分组成。其中增强材料在复合材料中起主要作用，提供刚度和强度，基本控制其性能。基体材料起配合作用，支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷，保护纤维。 根据复合材料中增强材料的几何形状，复合材料可分为三大类：颗粒复合材料、纤维增强复合材料(fiber-reinforced composite)、层和复合材料。 (1)颗粒：非金属颗粒在非金属基体中的复合材料如混凝土；金属颗粒在非金属基体如固体火箭推进剂；非金属在金属集体中如金属陶瓷。 (2)层合（至少两层材料复合而成）：双金属片；涂覆金属；夹层玻璃。 (3)纤维增强：按纤维种类分为玻璃纤维（玻璃钢）、硼纤维、碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维和芳纶纤维等。 按基体材料分为各种树脂基体、金属基体、陶瓷基体、和碳基体。 按纤维形状、尺寸可分为连续纤维、短纤维、纤维布增强复合材料。 还有两种或更多纤维增强一种基体的复合材料。如玻璃纤维和碳纤维增强树脂称为混杂纤维复合材料。 5、常用纤维（性能表见P7表1-1） 玻璃纤维（高强度、高延伸率、低弹性模量、耐高温） 硼纤维（早期用于飞行器，价高） 碳纤维（主要以聚丙烯腈PAN纤维或沥青为原料，经加热氧化，碳化、石墨化处理而成；可分为高强度、高模量、极高模量，后两种成为石墨纤维（经石墨化2500~3000°C）；密度比玻璃纤维小、弹性模 复合材料力学性能实验复习题 1.力学实验方法的内涵？ 是以近代力学理论为基础，以先进的科学方法为手段，测量应变、应力等力学量，从而正确真实地评价材料、零部件、结构等的技术手段与方法； 是用来解决“物尽其用”问题的科学方法； 2.力学实验的主要任务，结合纤维增强复合材料加以阐述。 面向生产，为生产服务；面对新技术新方法的引入，研究新的测试手段；面向力学，为力学的理论建设服务。 3.对于单向层合板而言，需要几组实验来确定其弹性模量和泊松比？如何确定实验方案？ 共需五组实验，拉伸0/90两组，压缩0/90两组，剪切试验一组。 4.单向拉伸实验中如何布置应变片？ 5.单向压缩实验中如何布置应变片？ 6.三点弯曲实验中如何布置应变片？ 7.剪切实验中如何布置应变片？ 8.若应变片的粘贴方向与实样应变方向不一致，该如何处理？ 9.若加载方向与材料方向不一致，该如何处理？（这个老师给了） 10.纤维体积含量的测试方法？ 密度法、溶解法 11.评价膜基结合强度的实验方法？ 划痕法、压痕法、刮剥法、拉伸法、黏结剂法、涂层直接加载法、激光剥离法、弯曲法。 12.简述试样机械加工的规范？ 试样的取位区(距板材边缘30mm以上，最小不得小于20mm) 试样的质量（气泡、分层、树脂富集、皱褶、翘曲、错误铺层） 试样的切割（保证纤维方向和铺层方向与试验要求相符） 试样的加工（采用硬质合金刀具或砂轮片加工，防止试样产生分层、刻痕和局部挤压等机械损伤） 试样的冷却（采用水冷，禁止油冷） 13.纤维增强复合材料在拉伸试验中的几种可能破坏模式及其原因？ 所有纤维在同一位置破坏，材料吸收断裂能量很小，材料断裂韧性差； 纤维在基体中拔出，吸收断裂能量很大，材料韧性增加并伴随界面开裂； 介于以上两者之间。 14.加强片的要求？ 材料硬度低，便于夹具的咬合；材料的强度高，保证载荷能传递到试样上，且在试样发生破坏前本身不发生破坏。 复合材料力学 复合材料力学 论文题目：用氧化铝填充导热和电绝缘环氧 复合材料的无缺陷石墨烯纳米片 院系班级：工程力学1302 姓名：黄义良 学号： 201314060215 用氧化铝填充导热和电绝缘环氧复合材料的无缺 陷石墨烯纳米片 孙仁辉1，姚华1，张浩斌1，李越1，米耀荣2，于中振3 （1.北京化工大学材料科学与工程学院，有机无机复合材料国家重点实验室北京100029;2.高级材料技术中心（CAMT），航空航天，机械和机电工程学院J07，悉尼大学;3.北京化工大学软件物理科学与工程北京先进创新中心，北京100029） 摘要：虽然石墨烯由于其高纵横比和优异的导热性可以显着地改善聚合物的导热性，但是其导致电绝缘的严重降低，并且因此限制了其聚合物复合材料在电子和系统的热管理中的广泛应用。为了解决这个问题，电绝缘Al2O3用于装饰高质量（无缺陷）石墨烯纳米片（GNP）。借助超临界二氧化碳（scCO2），通过Al(NO3)3前体的快速成核和水解，然后在600℃下煅烧，在惰性GNP表面上形成许多Al2O3纳米颗粒。或者，通过用缓冲溶液控制Al2(SO4)3前体的成核和水解， Al2(SO4)3缓慢成核并在GNP上水解以形成氢氧化铝，然后将其转化为Al2O3纳米层，而不通过煅烧进行相分离。与在scCO2的帮助下的Al2O3@GNP混合物相比，在缓冲溶液的帮助下制备的混合物高度有效地赋予具有优良导热性的环氧树脂，同时保持其电绝缘。具有12％质量百分比的Al2O3@GNP混合物的环氧复合材料表现出1.49W /（m·K）的高热导率，其比纯环氧树脂高677％，表明其作为导热和电绝缘填料用于基于聚合物的功能复合材料。 关键词：聚合物复合基材料（PMCs）功能复合材料电气特性热性能 Decoration of defect-free graphene nanoplatelets with alumina for thermally conductive and electrically insulating epoxy composites Renhui Sun1，Hua Yao1， Hao-Bin Zhang1，Yue Li1，Yiu-Wing Mai2，Zhong-Zhen Yu3 (1.State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Materials Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China; 2.Centre for Advanced Materials Technology (CAMT), School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering J07, The University of Sydney, Sydney, NSW 2006, Australia; 3.Beijing Advanced Innovation Center for Soft Matter Science and Engineering, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China) Abstract:Although graphene can significantly improve the thermal conductivity of polymers due to its high aspect ratio and excellent thermal conductance, it causes serious reduction in electrical insulation and thus limits the wide applications of its polymer composites in the thermal management of electronics and systems. To solve this problem, electrically insulating Al2O3is used to decorate high quality (defect-free) graphene nanoplatelets (GNPs). Aided by supercritical carbon dioxide (scCO2), numerous Al2O3 nanoparticles are formed on the inert GNP surfaces by fast nucleation and hydrolysis of Al(NO3)3 precursor followed by calcination at 600 °C. Alternatively, by controlling nucleation and hydrolysis of Al2(SO4)3precursor with a buffer solution, Al2(SO4)3 slowly nucleates and hydrolyzes on GNPs to form aluminum hydroxide, which is then converted to Al2O3 nanolayers without phase separation by calcination. Compared to the Al2O3@GNP hybrid with the assistance of scCO2, the hybrid prepared with the help of a buffer solution is highly efficient in conferring epoxy with excellent thermal conductivity while retaining its electrical insulation. Epoxy composite with 12 wt% of Al2O3@GNP hybrid exhibits a high thermal conductivity of 1.49 W/(mK), which is 677% higher than that of neat epoxy, indicating its high potential as thermally conductive and electrically insulating fillers for polymer-based functional composites. Keywords:Polymer-matrix composites (PMCs); Functional composites; Electrical properties;Thermal properties 1.介绍 随着电子器件的高集成化和小型化，积累的热量的快速和高效的耗散对于各种高性能器件的正常功能变得越来越重要。导热聚合物复合材料 2011年秋季学期复合材料力学 课程小论文 《微纳米尺度复合材料界面强度的研究》 班级： 姓名： 评分： 微纳米尺度复合材料界面强度的研究 课题背景： 复合材料是一大类新型材料，其强度高、刚度大、质量轻，并具有抗疲劳、减振、耐高温、可设计等一系列优点，近40年来，在航空航天、能源、交通、建筑、机械、信患，生物、医学和体育等工程和部门日益得到广泛的应用。 随着微纳米结构加工技术的发展，人类已经能够在微电子器件、微纳米机电系统中实现多种功能。这些期间与系统通常包含沉积于衬底上的部件，比如薄膜、细线或管状结构、岛状结构或点状结构等。它们的三维尺度非常小，其特征尺寸往往处于微米甚至纳米量级。这些器件的构成材料多样，比如陶瓷、金属间化合物、金属、聚合物等。在这些微纳米尺寸的结构中存在的双相材料界面，由于界面两侧材料物性不同导致的变形不匹配，往往会造成界面处应力集中。因此，界面是微纳米结构极易发生失效的位置之一。界面脱黏、剥离、分层破坏是这类材料的制作及其制成品的使用中的主要失效行为。这些界面失效经常会导致器件报废，直接影响其成品率和使用寿命。因此，为了保证所研制的或正在使用中的微纳米器件或系统的可靠性与耐久性，非常有必要对这些材料及其结构中的界面的强度特性进行研究与分析评价。 论文内容： 本文主要有两大内容：其一，从实验的角度展现在微纳米尺度下复合材料界面端裂纹启裂的现象，并对实验结果作简要分析；其二， 基于分子动力学理论，利用分子动力学模拟软件LAMMPS和Abaqus 模拟微纳米尺度下复合材料界面端裂纹启裂的强度准则。 1 实验 对于微纳米材料与结构而言，比较突出的问题是界面裂纹启裂问题。因为在微纳米系统中，结构或器件的一点失效往往就意味着整个系统的失效。特别是在表面与界面的交汇处，即界面端，由于变形失配引起的应力奇异性使得界面分层裂纹常于此萌生。需要指出的是，随着部件尺寸逐渐缩小，奇异应力主导区的尺寸也在相应减小。对于微纳米部件，根据线弹性应力分析，应力奇异区域一般仅有数十到数百纳米大小。此时，经典断裂力学的概念能否使用值得商榷。 在物理意义上，界面指的是结合材料的结合部，一般不是一个理想的面，存在所谓的界面层、界面相或界面中间层。界面材料的特性不仅复杂，而且具有一定的随机性。但是，界面层厚度非常小，因此，在研究界面的宏观力学性能时，一般将界面结合部理想化为一个面，即，界面。从力学分析与评价的角度来看，这种处理可以避免被界面相得复杂性所困扰，以获取界面、结合材料整体的强度特性参数等。因此，这里将界面定义为材料内的物性间断或不连续处，界面本身不具有厚度，在界面两侧，材料的物性截然不同。 实验装置如图所示，图中的长度量纲为mm，由于采用了夹层结构和较为刚性的悬臂梁，实验中可以有效地抑制薄膜塑性变形与断裂的产生。在远离薄膜材料界面端的悬臂梁左端面处，机械载荷可以被方便地施加并传递到界面端处。复合材料有关习题
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