复合材料的研究现状及发展趋势
时间:2017-03-13 13:16 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 20世纪30年代美国出现了树脂基复合材料。在早期树脂基复合材料主要用于军事领域，如制作雷达罩、飞机的机身和机翼。第二次世界大战之后，复合材料的应用扩展到民用领域。由于新技术、新工艺的发展，复合材料迎来了第一次迅猛发展期，新产品不断涌现，其应用技术渐渐趋于成熟，美国等一些西方工业发达国家形成了完整的复合材料工业体系。玻璃纤文复合材料的应用是这段时期的缩影。进入20世纪70年代，又陆续开发出碳纤文、芳纶纤文、硼纤文等新型纤文，同时基体也由树脂基扩展到金属基和陶瓷基，这些材料的性能比玻璃纤文复合材料的更优越。这些先进复合材料都优先用于战斗机、火箭、6507 卫星、航天飞机等对材料性能要求很高的航空航天飞行器上。以碳纤文为代表的先进复合材料，预示着复合材料的发展进入第二个发展阶段。跨入新世纪以来，先进复合材料技术获得了重大进步，因此在民用客机上的应用急剧上升，其中最为杰出的是波音和空客两家公司。目前波音787客机使用的复合材料占据结构总重的50％，正在研发的空客A350计划复合材料占到52％，其中碳纤文占绝大部分。复合材料构件已逐渐从附属件、次承力件变为一些重要结构的主承力件。复合材料已经渗透进入了各行各业，其发展前景十分广阔。 1.1.1 复合材料简介 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤文、碳纤文、硼纤文、芳纶纤文、碳化硅纤文、石棉纤文、晶须、金属丝和硬质细粒等。 单层复合材料的力学性能是复合材料的基本力学性能，即材料工程常数。由于单层很薄，一般仅考虑单层的面内力学性能，故假设为平面应力状态。单层在材料主轴坐标系中通常是正交各向异性材料，在其主方向上某一点处的正应变只与该点处的正应力有关，而与剪应力无关；同时，该点处剪应变也仅与剪应力有关，而与正应力无关。 材料工程常数共9个：纵向和横向弹性模量、主泊松比 、纵横剪切弹性模量 ，共四个弹性常数；还有纵向拉伸和压缩强度。 横向拉伸与压缩强度，纵横剪切强度S共五个强度参数。这9个工程常数是通过单向层合板的单轴试验确定的。通常情况下，单层力学性能有明显的方向性，与增强纤文的方向密切相关；而且拉伸与压缩强度不相等，纵横剪切性能与拉伸、压缩性能无关，即 S 与 X 、Y 无关。 由于单层复合材料是复合材料的基础，故往往用它的性能来说明复合材料的性能。但应当指出：单层的性能不能替代实际使用的层合复合材料的性能。一般说，实际使用的层合复合材料性能要低于单向复合材料的纵向性能。复合材料的性能与材料中含有的纤文数量有很大的关系，所以在规定性能数据时，一般还应给定材料所含的纤文量，通常用纤文所占的体积百分比 来表示。 称为纤文体积分数或纤文体积含量，其值通常控制在60%左右。 1.1.2 复合材料发展历史 2000年，法国的约瑟•大卫杜文斯根据化验结果得出结论：金字塔上的石头是用石灰和贝壳经人工浇筑混凝而成的。 1932年树脂基复合材料在美国诞生 ； 1944年以玻璃纤文增强树脂为机身和机翼的飞机试飞成功； (责任编辑：qin) |