连续纤维复合材料的力学性质@拔丝机模具

作者：连兴机械    来源：连兴机械    发表时间：2014-10-08 10:21:38    浏览：次

现代科学技术的迅猛发展，对材料的要求日益广泛而严格。复合材料的出现，使人们在认识和使用材料方面有了更大的自由。人们不仅可以选择材料，而且可以为特定的工程目的设计和成型某些材料。 　　复合材料是两种或两种以上的材料组成的多相材料，它具有优于各组分材料的综合性能，止因为复合材料是多相材料，各组分材料虽然彼此作用成为一个整体，但是在交界面处可以将各组分材料物理地区分出来。所以，复合材料不仅是材料，而且更确切地说是结构。 　　复合材料通常以增强材料的几何特征来分类。譬如分为：纤维复合材料、粒子复合材料、薄片复合材料等：现阶段常见的是纤维复合材料。 　　玻璃钢就是纤维复合材料的一种它是以玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体，复合而成的一种新型工程材料。迄今，虽然玻璃钢才只有瓦十多年的历史，但是山于它具有许多优异的性能，因而广泛应用。 　　 日前，对玻璃钢力学性能及其结构汁算理论的研究尚不成熟，有待于进一步探讨。玻璃钢与惯用的金属材料相比较有明显的优点，同时她有明显的缺点。在进行玻璃钢结构设计时，应当遵循“用其所一长，避其所短”的原则。 玻璃钢的主要力学性能大致可以归纳如下： 1．张度和弹性性能的可设计性玻璃钢是山玻璃纤维或其织物和合成树脂组成的。玻璃纤维的强度和弹性模量比树脂的强度和弹性模量大几十倍‘、人们可以通过改变玻璃纤维的含量和分布方向，在一定范围内获得不同强度和弹性胜能的玻璃钢，用以承受不同的荷载。譬如，对于荷载情况清楚的单向受力结构，可以考虑单向铺层方式；一般为安全计而采用4:1或7:1的铺层方式。这种单向铺层的方式可以在纤维方向获得特别高的强度，用以承受单向应力，而在垂直于纤维的方向没有过分多余的强度储备。又如，对于双向受力的结构，可以考虑双向铺层和多向铺层的方式；选用适当的纤维用量或改变各单层的铺层方．句，以满足强度要求。再如，对于lftl’内均匀受力或受力情况不很清楚的结构，可以考虑多向铺层方式，选择相应的铺层方向使材料成为面内各向同性。就结钩设计而言，上述特性所表现出来的优越性是重要的。正确地运用强度和弹性性能的可设汁性，必然导致理想的结构设计，而理想的结构体现了安全和经济的统一。 　　2．各向异性性能所谓各向异性，是指材料在不同方向l一土冬有不同的力学性能。玻璃钢即属于各向异性材料，它可增加独立的弹性系数。如上所述，为了获得所希望的、有一定方向性的玻璃钢，通常是将若于个单层（称为单层板）层合起来，构成一个多层（称为层合板）结构，奋派一个单层在其面内具有两个弹性主方向，即纤维方向IJ（纵向）和垂直于纤维方向T（横向）。在面内，独立的弹性系数有四个：纵回弹性模量E、横向弹性模蛾E、纵向泊松比LT（或横向泊松比砂）、纵横向剪切弹性模皱。显然，这种物理方面的复杂性堆加一种结构计算的复杂性。这种复杂性尤其表现在非弹性主方向．当坐标不与弹性主方向重合时，正应力会引起剪应变，剪应力会引起线应变，这种现象称为交叉弹性。这是各向同性材料所没有的。玻璃锹的各向异性性能，要求在校核强度时做得更仔细。就每一单层而言，通常有一丘个基本强度：纵向抗拉强度FL、纵向抗压强度F'1、横向抗拉强度凡横向抗压强度FTc、纵横向抗剪强度FLT、，无论按何种强度理论进行强度校核，都必须尽量弄清荷载情况和受力状态。对于单向玻璃钢，横向抗拉强度往往不及纵向抗拉强度的5％。因此，很可能在主要荷载作用下不发生破坏，却在次要祠载作用下发生破坏。 　　3．非均质性玻璃钢是非均质材料。若着眼于比纤维直径大不多的范围（即亚微观范围），玻璃钢显然是非均质体；若着眼于比纤维直径大得多的范围（即宏观范围），又可以将每个单层视为均质体。对于层合结构，各层之间即使在宏观范围内也是非均质的。这种不同层之间的宏观非均质性，给玻璃钢结构的分析带来了很大的复杂性。层合纪，构的弹性特性和强度特性必须以每个单层的弹性特性和强度特性为基础，这是与均质体的根本不同之处。 　　上述非均质性造成层合结构的一个特有的现象：棍合效应。