复合材料基础知识

复合材料基础知识

2009.1.2

定义：

?复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。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。

性能

?复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。

?其特点是比重小、比强度和比模量大。

?还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

?各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。

?以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。

?非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。

分类：

?按组成分

①金属与金属复合材料

②非金属与金属复合材料

③非金属与非金属复合材料

?按结构特点：

①纤维复合材料

②夹层复合材料

③细粒复合材料

④混杂复合材料

?树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics），是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。

?这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。树脂基复合材料发展史

?1932年在美国出现

?1940年以手糊成型制成了玻璃纤维增强聚酯的军用飞机的雷达罩

?1946年纤维缠绕成型技术在美国出现，为纤维缠绕压力容器的制造提供了技术贮备。

?1949年研究成功玻璃纤维预混料并制出了表面光洁，尺寸、形状准确的复合材料模压件。

?1950年真空袋和压力袋成型工艺研究成功，并制成直升飞机的螺旋桨。

?60年代在美国利用纤维缠绕技术，制造出北极星、土星等大型固体火箭发动机的壳体，为航天技术开辟了轻质高强结构的最佳途径。

?1972年美国PPG公司研究成功热塑性片状模型料成型技术，1975年投入生产。

?80年代又发展了离心浇铸成型法

自从先进复合材料投入应用以来，有三件值得一提的成果

?1、美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机--里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg，它以结构小巧重量轻而称奇于世。

?2、第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。

?3、是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使收音机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。复合材料在中国

?起始于1958年，首先用于军工制品，而后逐渐扩展到民用。

?1958年以手糊工艺研制了玻璃钢艇，以层压和卷制工艺研制玻璃钢板、管和火箭弹

?1961年研制成用于远程火箭的玻璃纤维-酚醛树脂烧蚀防热弹头

?1962年引进不饱和聚酯树脂、喷射成型和蜂窝夹层结构成型技术，并制造了玻璃钢的直升机螺旋桨叶和风洞叶片，同年开始纤维缠绕工艺研究并生产出一批氧气瓶等压力容器。

?1970年用玻璃钢蜂窝夹层结构制造了一座直径44m的雷达罩

原材料：

?包括基体相和增强相的原材及添加剂。

?基体相材料指作为基体的各种聚合物，包括热固性树脂和热塑性树脂

?增强相材料则是指各种纤维，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等。

?添加剂是复合材料产品在生产或加工过程中需要添加的辅助化学品通称为添加剂或"助剂"

不饱和聚酯树脂

?不饱和聚酯是不饱和二元羧酸（或酸酐）或它们与饱和二元羧酸（或酸酐）组成的混合酸与多元醇缩聚而成的，具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行，直至达到预期的酸值（或粘度）。在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。

物理性质

?相对密度在1.11～1.20左右，固化时体积收缩率较大

?耐热性。绝大多数不饱和聚酯树脂的热变形温度都在50～60℃，一些耐热性好的树脂则可达120℃

?力学性能。不饱和聚酯树脂具有较高的拉伸、弯曲、压缩等强度

?耐化学腐蚀性能。不饱和聚酯树脂耐水、稀酸、稀碱的性能较好，耐有机溶剂的性能差，同时，树脂的耐化学腐蚀性能随其化学结构和几何开关的不同，可以有很大的差异。

?⑷介电性能。不饱和聚酸树脂的介电性能良好。

化学性质

?不饱和聚酯是具有多功能团的线型高分子化合物，在其骨架主链上具有聚酯链键和不饱和双键，而在大分子链两端各带有羧基和羟基。

乙烯基树脂

?乙烯基树脂又称为环氧丙烯酸树脂，是60年代发展起来的一类新型树脂，其特点是聚合物中具有端基不饱和双键。

?乙烯基树脂具有较好的综合性能：①由于不饱和双键位于聚合物分子链的端部，双键非常活泼，固化时不受空间障碍的影响，可在有机过氧化物引发下，通过相邻分子链间进行交联固化，也可与单体苯乙烯其聚固化；②树脂链中的R基团可以屏蔽酯键，提高酯键的耐化学性能和耐水解稳定性；③乙烯基树脂中，每单位相对分子质量中的酯键比普通不饱和聚酯中少35%～50%左右，这样就提高了该树脂在酸、碱溶液中的水解稳定性；④树脂链上的仲羟基与玻璃纤维或其它纤维的浸润性和粘结性从而提高复合材料的强度；⑤环氧树脂主链，它可以赋与乙烯基树脂韧性，分子主链中的醚键可使树脂具有优异的耐酸性。

环氧树脂

?环氧树脂是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物，除个别外，它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团，使它们可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。

环氧树脂的性能和特性

?1、形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。

?2、固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。

?3、粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。?4、收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。

?5、力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。

?6、电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。

?7、化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。

?8、尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。

?9、耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。

指标

?工业二酚基丙烷型环氧树脂实际上是含不同聚合度的分子的混合物。其中大多数的分子是含有两个环氧基端的线型结构。少数分子可能支化，极少数分子终止的基团是氯醇基团而不是环氧基。因此环氧树脂的环氧基含量、氯含量等对树脂的固化及固化物的性能有很大的影响。

指标

?①环氧值。环氧值是鉴别环氧树脂性质的最主要的指标，工业环氧树脂型号就是按环氧值不同来区分的。环氧值是指每100g树脂中所含环氧基的物质的量数。环氧值的倒数乘以100就称之为环氧当量。环氧当量的含义是：含有1mol环氧基的环氧树脂的克数。

?②无机氯含量。树脂中的氯离子能与胺类固化剂起络合作用而影响树脂的固化，同时也影响固化树脂的电性能，因此氯含量也环氧树脂的一项重要指标。

?③有机氯含量。树脂中的有机氯含量标志着分子中未起闭环反应的那部分氯醇基团的含量，它含量应尽可能地降低，否则也要影响树脂的固化及固化物的性能。

?④挥发分。

?⑤粘度或软化点。

其它树脂

?酚醛树脂

?聚氨酯树脂

热塑性树脂

?热塑性树脂是指具有线型或分枝型结构的有机高分子化合物。这一类树脂的特点是遇热软化或熔融而处于可塑性状态，冷却后又变坚硬，而且这一过程可以反复进行。

?典型代表性热塑性树脂如聚烯烃、氟树脂、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛、聚丙烯-十二烯-苯乙烯（ABS树脂）、聚苯乙烯-丙烯腈（SAN或AS树脂）等。

增强材料

?玻璃纤维

?碳纤维

?芳纶纤维

?超高分子量聚乙烯纤维

玻璃纤维

?玻璃纤维的成分及性能:

1、E-玻璃亦称无碱玻璃，系一种硼硅酸盐玻璃。目前是应用最广泛的一种玻璃纤维用玻璃成分，具有良好的电气绝缘性及机械性能，广泛用于生产电绝缘用玻璃纤维，也大量用于生产玻璃钢用玻璃纤维，它的缺点是易被无机酸侵蚀，故不适于用在酸性环境。

2、C-玻璃亦称中碱玻璃，其特点是耐化学性特别是耐酸性优于无碱玻璃，但电气性能差，机械强度低于无碱玻璃纤维10%～20%，通常国外的中碱玻璃纤维含一定数量的三氧化二硼，而我国的中碱玻璃纤维则完全不含硼。在国外，中碱玻璃纤维只是用于生产耐腐蚀的玻璃纤维产品，如用于生产玻璃纤维表面毡等，也用于增强沥青屋面材料，但在我国中碱玻璃纤维占据玻璃纤维产量的一大半（60%），广泛用于玻璃钢的增强以及过滤织物，包扎织物等的生产，因为其人格低于无碱玻璃纤维而有较强的竞争力。

3、高强玻璃纤维其特点是高强度、高模量，它的单纤维抗拉强度为2800MPa，比无碱玻纤抗拉强度高25%左右，弹性模量86000MPa，比E-玻璃纤维的强度高。用它们生产的玻璃钢制品多用于军工、空间、防弹盔甲及运动器械。但是由于价格昂贵，目前在民用方面还不能得到推广，全世界产量也就几千吨左右。

4、AR玻璃纤维亦称耐碱玻璃纤维，主要是为了增强水泥而研制的。

5、A玻璃亦称高碱玻璃，是一种典型的钠硅酸盐玻璃，因耐水性很差，很少用于生产玻璃纤维。

6、E-CR玻璃是一种改进的无硼无碱玻璃，用于生产耐酸耐水性好的玻璃纤维，其耐水性比无碱玻纤改善7～8倍，耐酸性比中碱玻纤也优越不少，是专为地下管道、贮罐等开发的新品种。

7、D玻璃亦称低介电玻璃，用于生产介电强度好的低介电玻璃纤维。

除了以上的玻璃纤维成分以外，近年来还出现一种新的无碱玻璃纤维，它完全不含硼，从而减轻环境污染，但其电绝缘性能及机械性能都与传统的E玻璃相似。另外还有一种双玻璃成分的玻璃纤维，已用在生产玻璃棉中，据称在作玻璃钢增强材料方面也有潜力。此外还有无氟玻璃纤维，是为环保要求而开发出来的改进型无碱玻璃纤维。

玻璃纤维制品品种与用途

?1、无捻粗纱

无捻粗纱是由平行原丝或平行单丝集束而成的。无捻粗纱按玻璃成分可划分为：无碱玻璃无捻粗纱和中碱玻璃无捻粗纱。生产玻璃粗纱所用玻纤直径从12～23μm。无捻粗纱的号数从150号到9600号（tex）。无捻粗纱可直接用于某些复合材料工艺成型方法中，如缠绕、拉挤工艺，因其张力均匀，也可织成无捻粗纱织物，在某些用途中还将无捻粗纱进一步短切。

?2、无捻粗纱织物（方格布）

?方格布是无捻粗纱平纹织物，是手糊玻璃钢重要基材。方格布的强度主要在织物的经纬方向上，对于要求经向或纬向强度高的场合，也可以织成单向方格布，它可以在经向或纬向布置较多的无捻粗纱。

对方格布的质量要求如下：①织物均匀，布边平直，布面平整呈席状，无污渍、起毛、折痕、皱纹等；②经、纬密，面积重量，布幅及卷长均符合标准；③卷绕在牢固的纸芯上，卷绕整齐；④迅速、良好的树脂透性；⑤织物制成的层合材料的干、湿态机械强度均应达到要求。

用方格布铺敷成型的复合材料其特点是层间剪切强度低，耐压和疲劳强度差。

?3、玻璃纤维毡片

（1）短切原丝毡将玻璃原丝（有时也用无捻粗纱）切割成50mm长，将其随机但均匀地铺陈在网带上，随后施以乳液粘结剂或撒布上粉末结剂经加热固化后粘结成短切原丝毡。短切毡主要用于手糊、连续制板和对模模压和SMC工艺中。对短切原丝毡的质量要求如下：①沿宽度方向面积质量均匀；②短切原丝在毡面中分布均匀，无大孔眼形成，粘结剂分布均匀；③具有适中的干毡强度；④优良的树脂浸润及浸透性。

（2）连续原丝毡将拉丝过程中形成的玻璃原丝或从原丝筒中退解出来的连续原丝呈8字形铺敷在连续移动网带上，经粉末粘结剂粘合而成。连续玻纤原丝毡中纤维是连续的，故其对复合材料的增强效果较短切毡好。主要用在拉挤法、RTM法、压力袋法及玻璃毡增强热塑料（GMT）等工艺中。

（3）表面毡玻璃钢制品通常需要形成富有树脂层，这一般是用中碱玻璃表面毡来实现。这类毡由于采用中碱玻璃（C）制成，故赋予玻璃钢耐化学性特别是耐酸性，同时因为毡薄、玻纤直径较细之故，还可吸收较多树脂形成富树脂层，遮住了玻璃纤维增强材料（如方格布）的纹路，起到表面修饰作用。

（4）针刺毡针刺毡或分为短切纤维针刺毡和连续原丝针刺毡。短切纤维针刺毡是将玻纤粗纱短切成50mm，随机铺放在预先放置在传送带上的底材上，然后用带倒钩的针进行针刺，针将短切纤维刺进底材中，而钩针又将一些纤维向上带起形成三维结构。所用底材可以是玻璃纤维或其它纤维的稀织物，这种针刺毡有绒毛感。其主要用途包括用作隔热隔声材料、

衬热材料、过滤材料，也可用在玻璃钢生产中，但所制玻璃钢强度较低，使用范围有限。另一类连续原丝针刺毡，是将连续玻璃原丝用抛丝装置随机抛在连续网带上，经针板针刺，形成纤维相互勾连的三维结构的毡。这种毡主要用于玻璃纤维增强热塑料可冲压片材的生产。

（5）缝合毡短切玻璃纤维从50mm乃至60cm长均可用缝编机将其缝合成短切纤维或长纤维毡，前者可在若干用途方面代替传统的粘结剂粘结的短切毡，后者则在一定程度上代替连续原丝毡。它们的共同优点是不含粘结剂，避免了生产过程的污染，同时浸透性能好，价格较低。

玻璃纤维织物

?（1）玻璃布我国生产的玻璃布，分为无碱和中碱两类，国外大多数是无碱玻璃布。玻璃布主要用于生产各种电绝缘层压板、印刷线路板、各种车辆车体、贮罐、船艇、模具等。中碱玻璃布主要用于生产涂塑包装布，以及用于耐腐蚀场合。织物的特性由纤维性能、经纬密度、纱线结构和织纹所决定。经纬密度又由纱结构和织纹决定。经纬密加上纱结构，就决定了织物的物理性质，如重量、厚度和断裂强度等。有五种基本的织纹：平纹、斜纹、缎纹、罗纹和席纹。

?（2）单向织物单向织物是一种粗经纱和细纬纱织成的四经破缎纹或长轴缎纹织物。其特点是在经纱主向上具有高强度。

组合玻璃纤维增强材料

?70年代以来，出现了把短切原丝毡、连续原丝毡、无捻粗纱织物和无捻粗纱等，按一定的顺序组合起来的增强材料，大体有以下几种：

（1）短切原丝毡+无捻粗纱织物

（2）短切原丝毡+无捻粗纱布+短切原丝毡

（3）短切原丝毡+连续原丝毡+短切原丝毡

（4）短切原比毡+随机无捻粗纱

（5）短切原丝毡或布+单向碳纤维

（6）短切原丝+表面毡

（7）玻璃布+单向无捻粗纱或玻璃细棒+玻璃布

碳纤维

?碳纤维是由有机纤维或低分子烃气体原料加热至1500℃所形成的纤维状碳材料，其碳含量在90%以上。

碳（石墨）纤维具有低密度、高强度、高模量、耐高温、抗化学腐蚀、低电阻、高热导、低热膨胀、耐化学辐射等优良特性，此外，还具有纤维的柔曲性和可编性，比强度和比模量优于其它纤维增强体。

碳（石墨）纤维的主要用途

（1）宇航工业用作导弹防热及结构材料如火箭喷管、鼻锥、大面积防热层；卫星构架、天线、太阳能翼片底板、卫星-火箭结合部件；航天飞机机头，机翼前缘和舱门等制件；哈勃太空望远镜的测量构架，太阳能电池板和无线电天线。

（2）航空工业用作主承力结构材料，如主翼、尾翼和机体；次承力构件，如方向舵、起落架、副翼、扰流板、发动机舱、整流罩及座板等，此外还有C/C刹车片。

（3）交通运输用作汽车传动轴、板簧、构架和刹车片等制件；船舶和海洋工程用作制造渔船、鱼雷快艇、快艇和巡逻艇，以及赛艇的桅杆、航杆、壳体及划水浆；海底电缆、潜水艇、雷达罩、深海油田的升降器和管道。

（4）运动器材用作网球、羽毛球、和壁球拍及杆、棒球、曲棍球和高尔夫球杆、自行车、赛艇、钓杆、滑雪板、雪车等。

（5）土木建筑幕墙、嵌板、间隔壁板、桥梁、架设跨度大的管线、海水和水轮结构的增强筋、地板、窗框、管道、海洋浮杆、面状发热嵌板、抗震救灾用补强材料。

（6）其它工业化工用的防腐泵、阀、槽、罐；催化剂，吸附剂和密封制品等。生体和医疗器材如人造骨骼、牙齿、韧带、X光机的床板和胶卷盒。编织机用的剑竿头和剑竿防静电刷。其它还有电磁屏蔽、电极度、音响、减磨、储能及防静电等材料也已获得广泛应用。添加剂

?添加剂在复合材料中的作用有以下几方面：

（1）稳定化作用树脂基复合材料在制备、贮存、加工和使用过程中容易老化变质，性能明显降低，为了防止或延缓复合材料的老化，在复合材料制备、加工过程中就需添加一类稳定剂，也称为防老剂。稳定化添加剂主要是抑制由氧、光和热等引起的复合材料在制备、加工和应用时产生的老化过程。

（2）改善力学性能对于树脂基复合材料，为了改善它们的某些力学性能，如拉伸强度、硬度、刚性、抗冲击强度等，可在复合材料制备加工时，添加一些可以改善力学性能的添加剂。如以环氧树脂为基体的复合材料在交联固化之后，硬度较大、强度较高，但韧性较差，抗冲击性能不理想，为了改善它的抗冲击性能，可添加能提高韧性的添加剂。

?（3）改善加工性能复合材料在制备和加工过程中经常添加一些稀释剂，以改善复合材料的加工性能，如提高流动性及脱模性。稀释剂的加入可以降低树脂的粘度，改善胶液对增强材料的浸润性，还便于把树脂固化过程中放出的能量传递出来，并可适当延长胶液的使用期。润滑剂的加入可以提高聚合物分子之间以及聚合物与增强材料之间的润滑性，从而改善复合材料的加工性。

?（4）阻燃作用随着复合材料在航空、汽车、建筑及电器等方面应用的迅速扩大，对其阻燃性能的要求也越来越高，树脂基复合材料基体多数是由碳氢化合物构成的有机聚合物，具有可燃性，因此在复合材料的加工过程中，需要添加一类使复合材料达到一定阻燃要求的添加剂，这类添加剂通称为阻燃剂。

（5）改进表面性能为了防止复合材料加工和使用时产生静电的危害，在复合材料制备时常常加入一类具有表面活性的添加剂物质，以改善复合材料的表面性能，这类添加剂包括抗静电剂和防雾剂等。

（6）改善外观质量在复合材料及其制品加工或制备时，为了改善复合材料及其制品的外观质量，常加入一类能赋予复合材料外观光洁或使制品具有各种色彩的添加剂，这类添加剂有着色剂和润滑剂。

引发剂与促进剂

?引发剂（initiator）是指在聚合反应中能使单体分子或线型分子链中含有双键的低分子活化而成为游离基，并进行连锁反应的物质。

不饱和聚酯树脂一般可以通过引发剂（或光或其它引发方式等）与交联剂分子中的双键发生自由基共聚反应，使线型分子交联或具有网状结构的体型分子。

采用引发剂固化树脂时，可以有效地控制反应速度，在配以适当的促进剂后，满足固化工艺要求，得到稳定质量的产品。

?促进剂是指聚酯树脂在固化过程中，能降低引发剂引发温度，促使有机过氧化物在室温下产生游离基的物质。

不饱和聚酯树脂用的有机过氧化物临界温度都在60℃以上，不能满足室温固化要求，

只有在还原剂（或氧化剂）的存在下，有机过氧化物分解的活化能才能显著降低，这样，有机过氧化物的分解温度可在室温下分解，因此，由引发剂与促进剂组成的体系常称为引发系统。

阻聚剂与缓聚剂

?阻聚剂：指能迅速与游离基作用，减慢或抑制不希望有的化学反应物质，用于延长某些单体和树脂的贮存期。也称聚合终止剂，它包括阻聚剂和缓聚剂。

阻聚剂可以防止聚合作用的进行，在聚合过程中产生诱导期（即聚合速度为零的一段时间），诱导期的长短与阻聚剂含量成正比，阻聚剂消耗完后，诱导期结束，即按无阻聚剂存在时的正常速度进行。阻聚剂可以防止聚合作用的进行，在聚合过程中产生诱导期（即聚合速度为零的一段时间），诱导期的长短与阻聚剂含量成正比，阻聚剂消耗完后，诱导期结束，即按无阻聚剂存在时的正常速度进行。

?缓聚剂是调节树脂的放热性能，以满足工艺要求的添加剂，它不产生诱导期，只降低聚合速度，缓聚剂除不少品种与阻聚剂相同外，最有效的是α-甲基苯乙烯。

实际上，阻聚剂、缓聚剂及稳定剂都是树脂交联固化反应的抑制剂，其作用原理都是吸收、消灭可以引发树脂交联固化的游离基，是游离基的抑制剂，在某一种树脂中，消灭游离基能力强，即为阻聚作用；在另一种树脂中，只起减弱游离基活性者，即为缓聚作用。

增韧剂与稀释剂

?增韧剂：是具有降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。可分为活性增韧剂与非活性增韧剂两类，活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。

?稀释剂：是一类使液体树脂粘度变稀薄时的液体物质。这不能溶解树脂，但能部分代替溶剂。稀释剂的作用是降低树脂粘度，使树脂具有流动性，改善树脂对增强材料、填料等的浸润性；控制固化时的反应热；延长树脂固化体系的适用期；填料用量增加，降低成本。按不同的树脂需要，所用的稀释剂也不同。

环氧树脂固化剂

?固化剂又名硬化剂、熟化剂或变定剂，是一类增进或控制固化反应的物质或混合物。

?树脂固化是经过缩合、闭环、加成或催化等化学反应，使热固性树脂发生不可逆的变化过程，固化是通过添加固化（交联）剂来完成的。

抗氧剂

?一类能抑制或减缓高分子材料自动氧化反应速度的物质。树脂、塑料、橡胶及复合材料在成型加工、贮存和使用过程中不可避免地要与氧气及光接触，再加上温度的变化，导致它们在外观、结构和性能上发生变化，也即老化。引起上述变化的外界因素以氧、光、热三个因素最为重要。这三种因素造成高分子材料的自动氧化反应和热分解反应，使高分子聚合物降解，产生一系列变化。为了抑制和减缓高分子材料的氧化降解，延长它们的使用寿命，提高其使用价值，常常在高分子材料里加入少时能抑制或减缓高分子材料降解老化的物质，即抗氧剂。

光稳定剂

?太阳光对复合材料及其它高分子材料都能引起不同程度的破坏，导致聚合物降解，使得制品的外观及性能变坏，这种过程称之为光氧化或光老化。产生光老化的主要原因是太阳光中紫外光的作用。

光稳定剂是一类能够抑制或减弱光降解作用，提高聚合物和复合材料耐光性能的物质，

由于大多数光稳定剂都吸收紫外光，所以习惯上也常把这类物质称为紫外线吸收剂。

光稳定剂对于防止复合材料的光老化、延长它们的使用寿命效果非常显著，而且用量也很小，一般仅为聚合物质量的0..01%～0.5%。

光稳定剂的品种很多，按作用机理分类，包括有光屏蔽剂类、紫外线吸收剂类、自由基捕获剂类及淬灭剂类。按化学结构分类，有水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类及有机镍络合物等。

热稳定剂

?热稳定剂是一类能防止和减少聚合物在加工和使用过程中受热而发生降解或交联，延长复合材料使用寿命的添加剂。常用的稳定剂主要成分分类可分为盐基类、脂肪酸皂类、有机锡化合物、复合型热稳定剂及纯有机化合物类。

填料

?填料是用以改善复合材料性能（如硬度、刚度及冲击强度等），并能降低成本的固体添加剂，它与增强材料不同，填料呈颗粒状。而呈纤维状的增强材料不作为填料。

填料的作用机理：填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。

填料的作用：①降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；②树脂粘度有效的调节剂；③可满足不同性能要求，提高耐磨性、改善导电性及导热性等，大多数填料能提高材料冲击强度及压缩强度，但不能提高拉伸强度；

④可提高颜料的着色效果；⑤某些填料具有极好的光稳定性和耐化学腐蚀性；⑥有增容作用，可降低成本，提高产品在市场上的竞争能力。

脱模剂

?脱模剂是为防止成型的复合材料制品在模具上粘着，而在制品与模具之间施加一类隔离膜，以便制品很容易从模具中脱出，同时保证制品表面质量和模具完好无损。常用的脱模剂主要有以下几类：

（1）按脱模剂的使用方式不同有外脱模剂及内脱模剂之分。外脱模剂是直接将脱模剂涂敷在模具上；内脱模剂是一些熔点比普通模制温度稍低的化合物，在加热成型工艺中将其加入树脂中，它与液态树脂相容，但与固化树脂不相容，在一定加工温度条件下，从树脂基体渗出，在模具和制品之间形成一层隔离膜。

（2）按脱模剂的状态不同有薄膜型（主要有聚酯、聚乙烯、聚氯乙烯、玻璃纸、氟塑料薄膜）、溶液型（主要有烃类、醇类、羧酸及羧酸酯、羧酸的金属盐、酮、酰胺和卤代烃）、膏状及蜡状（包括硅酯、HK-50耐热油膏、汽缸油、汽油与沥青的溶液及蜡型）脱模剂。基中蜡型脱模剂是应用最广泛的一类脱模剂，价格便宜、使用方便、无毒、脱模效果好，缺点是会使制品表面沾油污，影响表面上漆，漏涂时会使脱模困难。对于成型形状复杂的大型制品常与溶液型脱模剂复合使用。

着色剂和触变剂

?着色剂着色剂是能使制品着色的有机与无机的、天然与合成的色料的总称。

?触变剂触变剂是一种使液体树脂基体（或胶衣树脂）变为流动性较好的添加剂，而撤除外力时，如搅拌或剪切间断时又或以恢复原来不易流动的状态。触变剂的作用是防止树脂在施工的斜面或垂直面上流淌，避免树脂含量在上下层不均匀现象，从而保证制品的质量。常

用的触变剂有气相二氧化硅、沉淀二氧化硅。其它的触变剂有石棉、高岭土、凹凸棒土、乳液法氯乙烯化合物等。

阻燃剂

?以树脂和橡胶为基体的复合材料含有大量的有机化合物，具有一定的可燃性。阻燃剂是一类能阻止聚合物材料引燃或抑制火焰传插的添加剂。最常用的和最重要的是阻燃剂是磷、溴、氯、锑和铝的化合物。阻燃剂根据使用方法可分为添加型和反应型两大类。添加型阻燃剂主要包括磷酸酯、卤代烃及氧化锑等，它们是在复合材料加工过程中掺合于复合材料里面，使用方便，适应面大但对复合材料的性能有影响。反应型阻燃剂是在聚合物制备过程中作不一种单体原料加入聚合体系，使之通过化学反应复合到聚合物分子链上，因此对复合材料的性能影响较小，且阻燃性持久。反应型阻燃剂主要包括含磷多元醇及卤代酸酐等。

偶联剂

?是一类具有两不同性质官能团的物质，它们分子中的一部分官能团可与有机分子反应，另一部分官能团可与无机物表面的吸附水反应，形成牢固的粘合。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止不与其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。

?硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX3，式中R代表氨基、巯基、乙烯基、环氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基团，这些基团和不同的基体树脂均具有较强的反应能力，X代表能够水解的烷氧基（如甲氧基、乙氧基等）。

成型工艺

?复合材料成型工艺是复合材料工业的发展基础和条件。随着复合材料应用领域的拓宽，复合材料工业得到迅速发镇，其老的成型工艺日臻完善，新的成型方法不断涌现，目前聚合物基符合材料的成型方法已有20多种，并成功地用于工业生产，如：

?（1）手糊成型工艺--湿法铺层成型法；

（2）喷射成型工艺；

（3）树脂传递模塑成型技术

（RTM技术）；

（4）袋压法（压力袋法）成型；

（5）真空袋压成型；

（6）热压罐成型技术；

（7）液压釜法成型技术；

（8）热膨胀模塑法成型技术；

（9）夹层结构成型技术；

（10）模压料生产工艺；

（11）ZMC模压料注射技术；

（12）模压成型工艺；

（13）层合板生产技术；

手糊成型工艺

?手糊成型的工艺流程如下：

?（1）生产准备：

场地：手糊成型工作场地的大小，要根据产品大小和日产量决定，场地要求清洁、干燥、通风良好，空气温度应保持在15～35℃之间，后加工整修段，要设有抽风除尘和喷水装置。

模具准备：准备工作包括清理、组装及涂脱模剂等。

树脂胶液配制：配制时，要注意两个问题：①防止胶液中混入气泡；②配胶量不能过多，每次配量要保证在树脂凝胶前用完。

增强材料准备：增强材料的种类和规格按设计要求选择。

?（2）糊制与固化：

铺层糊制：手工铺层糊制分湿法和干法两种：①干法铺层用预浸布为原料，先将预学好料（布）按样板裁剪成坏料，铺层时加热软化，然后再一层一层地紧贴在模具上，并注意排除层间气泡，使密实。此法多用于热压罐和袋压成型。②湿法铺层直接在模具上将增强材料浸胶，一层一层地紧贴在模具上，扣除气泡，使之密实。一般手糊工艺多用此法铺层。湿法铺层又分为胶衣层糊制和结构层糊制。

手糊工具：手糊工具对保证产品质量影响很大。有羊毛辊、猪鬃辊、螺旋辊及电锯、电钻、打磨抛光机等。

固化：制品固化分硬化和熟化两个阶段：从凝胶到三角化一般要24h，此时固化度达50%～70%（巴柯尔硬性度为15），可以脱模，脱后在自然环境条件下固化1～2周才能使制品具有力学强度，称熟化，其固化度达85%以上。加热可促进熟化过程，对聚酯玻璃钢，80℃加热3h，对环氧玻璃钢，后固化温度可控制在150℃以内。加热固化方法很多，中小型制品可在固化炉内加热固化，大型制品可采用模内加热或红外线加热。

?（3）脱模和修整

脱模：脱模要保证制品不受损伤。脱模方法有如下几种：①顶出脱模在模具上预埋顶出装置，脱模时转动螺杆，将制品顶出。②压力脱模模具上留有压缩空气或水入口，脱模时将压缩空气或水（0.2MPa）压入模具和制品之间，同时用木锤和橡胶锤敲打，使制品和模具分离。③大型制品（如船）脱模可借助千斤顶、吊车和硬木楔等工具。④复杂制品可采用手工脱模方法先在模具上糊制二三层玻璃钢，待其固化后从模具上剥离，然后再放在模具上继续糊制到设计厚度，固化后很容易从模具上脱下来。

修整：修整分两种：一种是尺寸修整，另一种缺陷修补。①尺寸修整成型后的制品，按设计尺寸切去超出多余部分；②缺陷修补包括穿孔修补，气泡、裂缝修补，破孔补强等。真空导流成型

中南大学基础力学实验答案

中南大学基础力学实验答案 基础力学实验绪论 1.基础力学实验一般分为材料的力学性质测定，实验静态应力测试实验，振动和动应力测试实验，综合性测试实验。 2.在力学实验测量中，对于载荷不对称或试件几何性质不对称时，为提高测量精度，常采用对称测量法。 3.若载荷与其对应的响应值是线性关系，则载荷增量与其对应的响应值增量也是线性关系。（正确） 4.对于任何测量实验，加载方案均可采用增量法。（错误） 5.载荷与变形的关系为ΔL=FL/EA 简支梁各阶固有频率的测量实验 1.简支梁横向振动固有频率若为f1=20HZ ，则f3=180HZ 。(f1:f3=1:9) 2.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体振动位移信号的李萨如图是正椭圆。 3.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体速度信号的李萨如图是斜线。 4.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体加速度信号的李萨如图是正椭圆。 5.物体的固有频率只有一个。（错误） 6.物体的共振频率就是物体的固有频率。（错误） 压杆稳定测试实验 1.关于长度因数μ，正确说法是：其它条件相同时约束越强，μ越小 2.关于柔度λ，正确的说法是：其它条件相同时压杆越长，λ越大 3.关于压杆稳定性，正确的说法是：要让欧拉理论可用，应使压杆的柔度进尽可能大 4.在以下所列的仪器设备中，压杆稳定实验所需要的是：压杆稳定试验台 数字测力仪 计算机 5.两端球形铰支的压杆，其横截面如下图所示，该压杆失稳时，横截面对中性轴的惯性半径i=0.577mm （i=h/sqrt(12)=2/sqrt(12)=0.577mm) 6.已知某理想中心压杆的长度为l ，横截面的惯性矩为l ，长度因数为μ，材料的弹性模量为 为E ，则其欧拉临界力Fcr=22) (l EI μπ 7.已知某理想中心压杆的长度为l ，横截面的惯性半径为i ，长度因数为μ，则该压杆的柔度λ=μl/i 8.两端铰支的细长压杆，若在其中点加一个铰支座，以约束该截面的水平位移，则增加该约束后压杆的欧拉临界力是原来的4倍。 弯扭组合变形实验 1.在弯扭组合实验中，圆轴下表面测点处包含横截面 和径向截面的应力状态为

(完整版)12级复合材料结构设计参考资料

复合材料结构设计参考资料复合材料与工程 考试形式 笔试闭卷 考试时间和地点 时间：2015年6月25日14:00--15:40 地点：材料学院A107 题型与分数分布 一．名词解释 二．填空题 三．简答题 四．计算题

一、绪论 1.复合材料：由两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与组分材料性质不同的新材料，且各组分材料之间具有明显的界面。 一相为连续相，称为基体；起连接增强体、传递载荷、分散载荷的作用。 一相为分散相，称为增强体（增强相）或功能体。是以独立的形态分布在整个连续相中的，两相之间存在着相界面。（分散相可以是增强纤维，也可以是颗粒状或弥散的填料） 主要起承受载荷的作用，赋予复合材料以一定的物理、化学功能。 2.复合材料分类： A按基体材料分：树脂基的复合材料、金属基复合材料、无机非金属复合材料 B按分散相形态分：连续纤维增强、纤维织物增强、片状材料增强、短纤维增强、颗粒增强C按增强体材料种类分类：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维、金属纤维、陶瓷纤维。 D按用途分类：结构复合材料：利用复合材料的各种良好力学性能用于制造结构的材料。 功能复合材料：指具有除力学性能以外其他物理性能的复合材料 3.复合材料的结构层次： 三次结构：纤维缠绕压力容器，即平常所说的制品结构（a） 二次结构：从容器壁上切取的壳元即是由若干具有不同纤 维方向的单层材料按一定顺序叠合而成的层合 板（b） 一次结构：层合板的一个个铺层，是层合板的基本单元（c） 二、单层板的宏观力学分析 1.单层板的正轴刚度 正向:也就是说应力方向与坐标方向一致方向为正向，相反为负向。 正面：截面外法线方向与坐标轴方向一致的面，否则为负面。 σ1和σ2——表示正应力分量:拉伸为正，压缩为负，也就是使整 个单层板产生拉伸时的应力为正应力，而使单层板产生压缩时的应 力为负应力。 τ12——表示剪应力分量:其中正面正向为正；负面负向也为正。 A．力学实验 a.纵向单轴试验： 纵向泊松比v1是单层板由于纵向单轴应力σ1而引起的横向线应变ε2(1)与纵向线应变ε1(1)的比值。（ε2(1)表示的是这个应变是由纵向应力σ1引起的） b.横向单轴试验

2021高考物理二轮复习专题6物理实验第1讲力学实验及创新作业含解析.doc

第1讲 力学实验及创新 A 组 基础能力练 1．(2020·四省名校二次大联考)某同学利用如图甲所示装置研究匀变速直线运动规律．某次实验通过电磁打点计时器打出纸带的一部分如图乙所示，图中A 、B 、C 、D 、E 为相邻的计数点，每两个相邻计数点间有4个计时点没有画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz.分别测出A 点到B 、C 、D 、E 点之间的距离，x 1、x 2、x 3、x 4，以打A 点作为计时起点，算出小车位移与对应运动时间的比值x t ，并作出x t －t 图像如图丙所示． (1)实验中下列措施必要的是_C__(填正确答案标号) A ．打点计时器接220 V 交流电源 B ．平衡小车与长木板间的摩擦力 C ．细线必须与长木板平行 D ．小车的质量远大于钩码的质量 (2)由图丙中图像求出小车加速度a ＝_5.0__m/s 2 ，打A 点时小车的速度v A ＝_0.40__m/s.(结果均保留两位有效数字) 【解析】 (1)电磁打点计时器接8 V 左右交流电源，选项A 错误；实验时不需要平衡小车与长木板间的摩擦力，选项B 错误；细线必须与长木板平行，选项C 正确；实验中小车做匀加速运动即可，没必要小车的质量远大于钩码的质量，选项D 错误；故选C ．(2)根据x ＝v 0t ＋12at 2可得x t ＝v 0＋12at ，由图像可知：v 0＝v A ＝0.4 m/s ；a ＝2k ＝2×1.4－0.40.4 m/s 2＝5.0 m/s 2 2．(2020·江苏质量检测)在“验证力的平行四边形定则”的实验中，需要将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上两根细绳，细绳的另一端都有绳套(如图所示)．实验中需用两个弹簧测力计分别钩住绳套，并互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O . (1)某同学在做该实验时认为：其中正确的是( ABC )

复合材料知识交流

复合材料

复合材料在海洋石油工程中的应用 一．复合材料简介 1．概述 复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或学的方法，在宏观（微观）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 复合是一种混合物。在很多领域都发挥了很大的作用，代替了很多传统的材料。复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维增强复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内/层间混杂和超混杂复合材料。

2.复合材料分类 复合材料主要可分为结构复合材料和功能复合材料两大类。 结构复合材料是作为承力结构使用的材料，基本上由能承受载荷的增强体组元与能连接增强体成为整体材料同时又起传递力作用的基体组元构成。增强体包括各种玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金属以及天然纤维、织物、晶须、片材和颗粒等，基体则有高聚物(树脂)、金属、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增强体和不同基体即可组成名目繁多的结构复合材料，并以所用的基体来命名，如高聚物(树脂)基复合材料等。结构复合材料的特点是可根据材料在使用中受力的要求进行组元选材设计，更重要是还可进行复合结构设计，即增强体排布设计，能合理地满足需要并节约用材。 功能复合材料一般由功能体组元和基体组元组成，基体不仅起到构成整体的作用，而且能产生协同或加强功能的作用。功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如：导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可以具有多种功能。同时，还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。 复合材料也可分为常用和先进两类。 常用复合材料如玻璃钢便是用玻璃纤维等性能较低的增用于船舶、车辆、化工管道和贮罐、建筑结构、体育用品等方面。

江苏省2019版高考物理二轮复习专题六第一讲力学基础实验课前自测诊断卷(含解析)

力学基础实验 1.[ 如图1是用游标卡尺测量时的刻度图，为20分度游标尺，读数为：__________cm。图2中螺旋测微器的读数为：________mm。 解析：20分度的游标卡尺，精确度是0.05 mm，游标卡尺的主尺读数为13 mm，游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为15×0.05 mm＝0.75 mm，所以最终读数为： 13 mm＋0.75 mm＝13.75 mm＝1.375 cm。 螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm， 可动刻度为20.0×0.01 mm＝0.200 mm， 所以最终读数为0.5 mm＋0.200 mm＝0.700 mm。 答案：1.375 0.700 2．[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数] (1)某实验中需要测量一根金属丝的直径(约0.5 mm)，为了得到尽可能精确的测量数据，应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺(游标尺上有10个等分刻度)中，选择______________进行测量。 (2)用游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)测定某工件的宽度时，示数如图所示，此工件的宽度为________mm。 解析：(1)金属丝的直径约0.5 mm，而游标卡尺精确度才0.1 mm，螺旋测微器精确度可达0.01 mm，故应选择螺旋测微器进行测量。 (2)由于50分度的游标卡尺精确度为0.02 mm，主尺上读数为23 mm，游标尺上第11格与主尺刻度对齐，故游标尺的读数为0.22 mm，所以工件宽度为23.22 mm。 答案：(1)螺旋测微器(2)23.22 3.[

某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中，必需的措施是________。 A ．细线必须与长木板平行 B ．先接通电源再释放小车 C ．小车的质量远大于钩码的质量 D ．平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s 1＝3.59 cm ，s 2＝4.41 cm ，s 3＝5.19 cm ，s 4＝5.97 cm ，s 5＝6.78 cm ，s 6＝7.64 cm 。则小车的加速度a ＝________ m/s 2 (要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝________ m/s 。(结果均保留两位有效数字) 解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项A 正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，选项B 正确；本题中只要保证小车做匀变速运动即可，无须保证小车质量远大于钩码的质量，选项C 错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无须平衡摩擦力，选项D 错误。故必需的措施是A 、B 选项。 (2)由s 4－s 1＝3a 1T 2、s 5－s 2＝3a 2T 2、s 6－s 3＝3a 3T 2 知加速度a ＝a 1＋a 2＋a 33＝s 4＋s 5＋s 6－s 1－s 2－s 39T 2＝0.80 m/s 2 打B 点时小车的速度v B ＝ s 1＋s 22T ＝0.40 m/s 。 答案：(1)AB (2)0.80 0.40 4．[考查验证力的平行四边形定则] (2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。 (1)具体操作前，同学们提出了如下关于实验操作的建议，其中正确的有________。 A ．橡皮条应和两绳套夹角的角平分线在一条直线上 B ．重复实验再次进行验证时，结点O 的位置可以与前一次不同

复合材料结构

复合材料结构设计的特点 (1) 复合材料既是一种材料又是一种结构 (2) 复合材料具有可设计性 (3) 复合材料结构设计包含材料设计 复合材料区别于传统材料的根本特点之一可设计性好（设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计） 具体体现在两个方面1力学设计——给制品一定的强度和刚度、2功能设计——给制品除力学性能外的其他性能 复合材料力学性能的特点 (1) 各向异性性能材料弹性主方向：模量较大的一个主方向称为纵向，用字母L表示，与其垂直的另一主方向称为横向，用字母T表示。通常的各向同性材料中，表达材料弹 )和ν(泊松比)或剪切弹性模量G。 对于复合材料中的每个单层，纵向弹性模量E L、横向弹性模量E T、纵向泊松比νL (或横向泊松比νT)、面内剪切弹性模量G LT。 耦合现象：拉剪耦合与剪拉耦合、弯扭耦合与扭弯耦合 (2) 非均质性 耦合变形：层合结构复合材料在一种外力作用下，除了引起本身的基本变形外，还可能引起其他基本变形。 (3)层间强度低 在结构设计时，应尽量减小层间应力，或采取某些构造措施，以避免层间分层破坏。 研究复合材料的刚度和强度时，基本假设： (1) 假设层合板是连续的。由于连续性假设，使数学分析中的一些连续性概念、极限概念以及微积分等数学工具都能应用于力学分析中。 (2）假设单向层合板是均匀的，多向层合板是分段均匀的。 (3) 假设限于单向层合板是正交各向异性的：即认为单向层合板具有两个相互垂直的弹性对称面。 (4) 假设限于层合板是线弹性的：即认为层合板在外力作用下产生的变形与外力成正比关系，且当外力移去后，层合板能够完全恢复其原来形状。 (5) 假设层合板的变形是很小的。 上述五个基本假设，只有多向层合板的分段均匀性假设和单向层合板的正交各向异性假设，与材料力学中的均匀性假设和各向同性假设有区别。 平面应力状态与平面应变状态 平面应力状态：单元体有一对平面上的应力等于0。（σz＝0，τzx＝0，τzy ＝0） 平面应变状态（平面位移）：εz＝0（即ω＝0），τzx＝0(γ31＝0)，τzy ＝0(γ32＝0 )， σz一般不等于0。 复合材料连接方式 复合材料连接方式主要分为两大类：胶接连接与机械连接。胶接连接：受力不大的薄壁结构，尤其是复合材料结构；机械连接：连接构件较厚、受力大的结构。

基础力学实验考试题目

基础力学实验绪论 1.基础力学实验一般分为材料的力学性质测定，实验静态应力测试实验，振动和动应力测试实验，综合性测试实验。 2.在力学实验测量中，对于载荷不对称或试件几何性质不对称时，为提高测量精度，常采用对称测量法。 3.若载荷与其对应的响应值是线性关系，则载荷增量与其对应的响应值增量也是线性关系。（正确） 4.对于任何测量实验，加载方案均可采用增量法。（错误） 5.载荷与变形的关系为ΔL=FL/EA 简支梁各阶固有频率的测量实验 1.简支梁横向振动固有频率若为f1=20HZ，则f3=180HZ。(f1:f3=1:9) 2.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体振动位移信号的李萨如图是正椭圆。 3.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体速度信号的李萨如图是斜线。 4.共振相位判别法判断共振时，激振信号与振动体加速度信号的李萨如图是正椭圆。 5.物体的固有频率只有一个。（错误） 6.物体的共振频率就是物体的固有频率。（错误） 压杆稳定测试实验 1.关于长度因数μ，正确说法是：其它条件相同时约束越强，μ越小 2.关于柔度λ，正确的说法是：其它条件相同时压杆越长，λ越大 3.关于压杆稳定性，正确的说法是：要让欧拉理论可用，应使压杆的柔度进尽可能大 4.在以下所列的仪器设备中，压杆稳定实验所需要的是：压杆稳定试验台数字测力仪计算机 5.两端球形铰支的压杆，其横截面如下图所示，该压杆失稳时，横截面对中性轴的惯性半径i=0.577mm（i=h/sqrt(12)=2/sqrt(12)=0.577mm) 6.已知某理想中心压杆的长度为l，横截面的惯性矩为l，长度因数为μ，材料的弹性模量为 为E，则其欧拉临界力Fcr= 7.已知某理想中心压杆的长度为l，横截面的惯性半径为i，长度因数为μ，则该压杆的柔度λ=μl/i 8.两端铰支的细长压杆，若在其中点加一个铰支座，以约束该截面的水平位移，则增加该约束后压杆的欧拉临界力是原来的4倍。 弯扭组合变形实验 1.在弯扭组合实验中，圆轴下表面测点处包含横截 面和径向截面的应力状态为 2.在弯扭组合实验中，圆轴中性轴测点处包好横街面和径向截面的应力状态为

《复合材料结构设计基础》课程介绍

《复合材料结构设计基础》课程介绍 一、课程简介 《复合材料结构设计基础》是复合材料与工程专业的承前启后的专业方向课，它包含材料力学基础、弹性力学基础、材料设计、结构设计等，因而是具有立体性质的一个科学领域。其主要任务是使学生掌握复合材料结构设计的基础理论、基本知识和基本技能。通过本科程学习，要求学生掌握复合材料经典层合板理论、刚度和强度的计算方法、复合材料结构元件的分析和典型产品结构设计的基本步骤和方法等内容，为后续专业课的学习以及从事复合材料领域的生产和科研奠定坚实的理论基础；学习科学思维方法和研究问题的方法，达到开阔思路、激发探索和创新精神、增强理论分析能力与实践能力的目的。 课程的主要教学内容包括： 第一章绪论 学习了解什么是复合材料特别是什么是纤维增强树脂基复合材料；了解复合材料的发展历史及现状；了解复合材料的结构设计的特点。 第二章单层的刚度与强度 掌握平面应力状态下单轴的正轴应力-应变关系等。掌握单层的偏轴应力-应变关系；掌握单层弹性模量、柔量及工程弹性常数的计算。掌握单层的弹性指标和单层的失效准则。 第三章层合板的刚度与强度 掌握层合板的表示法、掌握对称层合板面内内力与面内应力的关系。掌握几种典型对称层合板的面内刚度系数的计算。了解对称层合板弯曲矩与曲率的关系、掌握对称层合板弯曲工程弹性常数及弯曲刚度系数的计算。了解一般层合板的面内力与面内应变的关系、了解一般层合板工程弹性常数、刚度系数的计算。掌握如何依据单层的强度来预测层合板的最先一层失效强度。 第四章复合材料结构分析 了解在复材构件进行结构分析时所采用的弹性力学的基本方法。了解复材层合梁、薄壁梁等构件的分析方法及设计计算的基本公式。 第五章复合材料连接 了解复材连接方式、掌握胶接连接接头的内力与应力分析计算方法、了解胶

第1讲.力学基础

知识互联网 1 力学基础

【例1】 查漏补缺之力的概念篇： 1．物理学上把物体间的 定义为力，一般用符号 表示，国际单位是 ，测量力的大小的工具是 . 2．力的作用效果：力可以改变物体的 ，也可以使物体发生 . 3．影响力的作用效果有三个要素：力的 、 和 . 4．力的表示方法有两种，一种是 法，需要表示出力的 、 和 这三个要素；另一种是 法，需要表示出力的 和 这两个要素. 【答案】1．相互作用；F ；牛顿（N ）；弹簧测力计 2．运动状态；形变 3．大小；方向；作用点 4．图示；大小；方向；作用点；示意图；方向；作用点 【例2】 判断下列说法的正误 A ．甲物体对乙物体施加力的同时，甲物体也一定受到了力的作用（ ） B ．投球时，手的推力使篮球在空中继续飞行（ ） C ．物体不受力，运动状态一定不改变（ ） D ．两个不接触的物体之间一定没有力的作用（ ） 【答案】只有AC 正确 【例3】 图所示，以科学家名字作为力的单位的是（ ） 【答案】A （2013门头沟一模） 【例4】 将玻璃瓶、两端开口的细玻璃管和橡皮塞组装成图所示的装置，使用时瓶内装入液体， 瓶口密闭，通过细玻璃管内液面高度的变化可验证的是（ ） 模块一 运动和力 力的概念

A．阿基米德原理B．大气压随高度的变化 C．力可以使固体发生微小形变D．液体温度变化体积也会改变 【答案】BCD（2013天津中考） 【例5】实验桌上提供了如下器材：气球1个，海绵块1个，弹簧1根．请你选用提供的器材设计实验证明：力是使物体形状发生变化的原因． 【答案】第一次用较小的力拉弹簧，观察弹簧伸长情况；（2013密云一模） 第二次用较大的力拉弹簧，观察弹簧伸长情况． 发现用较大的力拉弹簧时弹簧伸长的多，用较小的力拉弹簧时，弹簧伸长的少，所以 力能使物体形状发生变化． 【例6】利用一个水平桌面（带一倾斜的小滑道）、一个小钢球、一块条形磁铁，器材如图所示，设计一个实验，证明：力能够改变物体的运动状态．请你写出实验步骤 和实验现象． 【答案】实验步骤及实验现象：（2013昌平一模） （1）将小钢球放在小轨道上，让小钢球沿轨道自由滑下，观察并记录小 钢球的运动情况； （2）将小钢球放在小轨道上，让小钢球沿轨道自由滑下，在小钢球运动方向一侧放上 条形磁铁，观察并记录小钢球的运动情况； （3）将小钢球放在小轨道上，让小钢球沿轨道自由滑下，改变条形磁铁的位置，放在 运动方向另一侧，观察并记录小钢球的运动情况； 当改变条形磁铁位置时，小钢球运动轨迹方向和速度大小也发生变化，说明力能够改变 物体的运动状态． 重力 【例7】查漏补缺之重力篇： 1．地面附近的物体由于地球的而受到的力，叫做重力；重力的施力物体 是. 2．重力的大小与的大小成正比，比值大约是，用表示；计算重力的大小的公式是；在要求不很精确的情况下，g可取. 3．重力的方向总是. 4．重力的作用点是；对于质量均匀形状规则的物体，重力的重心在物体的. 【答案】1．吸引；地球 2．质量；9.8N/kg；g；G mg ；10N/kg 3．竖直向下4．重心；几何中心 【例8】关于重力，判断下列说法的正误. A．地球对物体的吸引力就是物体的重力（）

金属基复合材料知识讲解

金属基复合材料

1、复合材料的定义和分类是什么？ 定义：是由两种或多种不同类型、不同性质、不同相材料，运用适当的方法，将其组合成具有整体结构、性能优异的一类新型材料体系。 分类：按用途可分为：功能复合材料和结构复合材料。结构复合材料占了绝大多数。 按基体材料类型分类可分为：聚合物基复合材料、金属基复合材料、无机非金属基复合材料（包括陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、玻璃基复合材料）按增强材料形态可分为：纤维增强复合材料（包括连续纤维和不连续纤维）、颗粒增强复合材料、片材增强复合材料、层叠式复合材料。 3、金属基复合材料增强体的特性及分类有哪些？ 增强物是金属基复合材料的重要组成部分，具有以下特性：1）能明显提高金属基体某种所需特性：高的比强度、比模量、高导热性、耐热性、耐磨性、低热膨胀性等，以便赋予金属基体某种所需的特性和综合性能；2）具有良好的化学稳定性：在金属基复合材料制备和使用过程中其组织结构和性能不发生明显的变化和退化；3）有良好的浸润性：与金属有良好的浸润性，或通过表面处理能与金属良好浸润，基体良好复合和分布均匀。此外，增强物的成本也是应考虑的一个重要因素。分类：纤维类增强体（如：连续长纤维、短纤维）、颗粒类增强体、晶须类增强体、其它增强体(如：金属丝)。 4、金属基复合材料基体的选择原则有哪些？ 1）、金属基复合材料的使用要求；2）、金属基复合材料组成的特点；3）、基体金属与增强物的相容性。 5、金属基复合材料如何设计？

复合材料设计问题要求确定增强体的几何特征（连续纤维、颗粒等）、基体材料、增强材料和增强体的微观结构以及增强体的体积分数。一般来说，复合材料及结构设计大体上可分为如下步骤：1）对环境与负载的要求：机械负载、热应力、潮湿环境 2）选择材料：基体材料、增强材料、几何形状 3）成型方法、工艺、过程优化设计 4）复合材料响应：应力场、温度场等、设计变量优化 5）损伤及破坏分析：强度准则、损伤机理、破坏过程 6、金属基复合材料制造中的关键技术问题有哪些？ 1）加工温度高，在高温下易发生不利的化学反应。在加工过程中，为了确保基体的浸润性和流动性，需要采用很高的加工温度（往往接近或高于基体的熔点）。在高温下，基体与增强材料易发生界面反应，有时会发生氧化生成有害的反应产物。这些反应往往会对增强材料造成损害，形成过强结合界面。过强结合界面会使材料产生早期低应力破坏。高温下反应产物通常呈脆性，会成为复合材料整体破坏的裂纹源。因此控制复合材料的加工温度是一项关键技 术。 2）增强材料与基体浸润性差是金属基复合材料制造的又一关键技术，绝大多数的金属基复合材料如：碳/铝、碳/镁、碳化硅/铝、氧化铝/铜等，基体对增强材料浸润性差，有时根本不发生润湿现象。 3）按结构设计需求，使增强材料按所需方向均匀地分布于基体中也是金属基复合材料制造中的关键技术之一。增强材料的种类较多，如短纤维、晶须、颗粒等，也有直径较粗的单丝，直径较细的纤维束等。在尺寸形态、理化性能上也有很大差异，使其均匀地、或按设计强度的需要分布比较困难。 7、金属基复合材料的成形加工技术有哪些? 1）铸造成型，按增强材料和金属液体的混合方式不同可分为搅拌铸造成型、正压铸造成型、铸造成型。2）塑性

基础力学实验

基础力学实验报告 在这个学期我们学了基础力学实验课这门课，从大二到现在，我们已经学习了理论力学、材料力学和结构力学等力学课程。虽然学习了很多东西，但是对于实践内容我们却知之甚少，因此开设一门基础力学实验课是很有必要的。对于我们之前所学的东西不仅是一个复习的过程，更是一个将理论联系实际的过程，对于我们更好的掌握力学知识具有极大的帮助。 这个学期一共做了6次实验，上了两节视频学习课。在那几次实验中，我印象最深的是最后那次贴应变片的实验，那次实验客观上来说是很复杂的，从打磨应变片到擦洗、再到焊接最后测出应变值，我们都费了很大的心思，但很不幸的是我们的应变片在我们进行测应变的时候出现了一些问题，无法输出结果，于是我们请教了老师来帮忙，于是才发现我们接线的时候不小心把线接到了试件上面，造成了短路现象，于是我们只得返工重做了，这时候大多数同学已经做好了实验准备回去，我们心里也有些急躁。这时老师说叫我们不要急，让我们重新做一个，他会一直陪着我们做完这个实验的。于是我们很受鼓舞，加紧了实验进度，老师也是一直在一旁知道我们整个过程。终于我们做完了实验，得到了满意的结果。在这个实验中我学到的更多不是如何做好一个实验，而是老师对我们的一丝不苟和无限关怀，作为一个工科生，我觉得一丝不苟的工作和学习态度是我们要陪伴一生的品质。 还有一个就是在最后一节课上老师给我们安排视频学习课，视频

是关于我们大学生如何创新发明的，在上面展示了很多很有意思的发明创造，但实际上它们背后的原理对于我们却是如此的熟悉。我们不得不感叹人的创意是无穷的，我们要学会善于思考和敢于探索的精神，对于我们心里面的一点点创意我们要认真的对待，给予它更多地热情和努力，只有这样我们才能做出我们想要的东西来。因此我总结：作为工科生我们应该具有发散性思维和创新精神，我们是国家未来的希望，我们要充分发挥我们的主观能动性来发明创造，对于我们的创意，学校也会给予充分地支持。这是我们最大的后盾，所以我们应该无所顾忌，努力去做出我们想要的东西来！

复合材料结构设计基础(试卷B格式)

西安航空职业技术学院2011 ～ 2012 学年度 第 2 学期课程考试 试题纸（第 1 页 共 2 页） 安航空职业技术学院 课程考试试题（卷）纸 4分，共20分） 1 性对称面 2 特殊正交各向异性层压板 3 屈曲 4 设计许用值 5 层压板。 1分，共20分） 夹芯板通常由三部分组成， 、 和 ，两侧部分的材料也称为面板。 在小变形的情况下，板主要以弯曲变形承受外载荷，相对应，壳体则主要由 承受外载荷。由于壳体的承力特点，可以使壳体的构件设计得 而且 ，因而这种结构形式在航空、航天、高速交通车辆、风力发电的叶片以及其他工业部门中得到广泛的应用。 由蒙皮/筋条和肋、梁共同构成的受力盒段，蒙皮主要承受 ，弯矩引起的轴向载荷由筋条、梁缘条和蒙皮组成的壁板承受，因此筋条与梁以 铺层为主。梁腹板以±45o铺层为主要承受 。 由于复合材料的研制特点以及低成本制造技术的需要，复合材料结构比 金属结构更强调从研制开始，就要求在 中，包括设计、分析、材料、工艺制造、维护和用户在内的各阶段的专家、参与者协同工作，尽量利用 ，实施复合材料结构 一体化。 5. 合理确定设计许用值的通用原则，应该考虑 以及应变可能带来的损伤，既能够满足设计的基本要求，又可以避免 过大，结构沉重而降低结构的效率，加重各项负担。 6. 层压板的设计中，各种铺设方向铺层的层数应通过计算或计算图表确定。一般先求出 ，再根据所需总层数求得各种铺设角层组的 。 7. 考虑连接部位的破坏时，任何部件的连接部位都是 的敏感部位，复合材料也不例外，无论是目前普遍使用的机械连接方式，还是源自复合材料制造工艺的二次固化或 ，全部是 。 三、选择题（每题2分，共20分。） 1. 在广义胡克定律表达式[][][]j ij i C εσ=（ij=1，2，……，6）中，将 [] C ij 表示的矩阵称谓（ ）。 a 、可逆矩阵 b 、刚性矩阵 c 、对称矩阵 d 、柔性矩阵 2. 具有一个弹性对称面的情况下，在材料性能的刚性矩阵中，所表示材料的独立弹性常数有（ ）个。 a 、 13 b 、 2 c 、 5 d 、 9

先进复合材料论文

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

(江苏专用)2020高考物理二轮复习第一部分专题六物理实验第一讲力学基础实验——课前自测诊断卷

第一讲力学基础实验 ——课前自测诊断卷 考点一基本仪器的使用和读数 1.[ 如图1是用游标卡尺测量时的刻度图，为20分度游标尺，读数为：__________cm。图2中螺旋测微器的读数为：________mm。 解析：20分度的游标卡尺，精确度是0.05 mm，游标卡尺的主尺读数为13 mm，游标尺上第15个刻度和主尺上某一刻度对齐，所以游标尺读数为15×0.05 mm＝0.75 mm，所以最终读数为： 13 mm＋0.75 mm＝13.75 mm＝1.375 cm。 螺旋测微器的固定刻度为0.5 mm， 可动刻度为20.0×0.01 mm＝0.200 mm， 所以最终读数为0.5 mm＋0.200 mm＝0.700 mm。 答案：1.375 0.700 2．[考查游标卡尺和螺旋测微器的使用和读数] (1)某实验中需要测量一根金属丝的直径(约0.5 mm)，为了得到尽可能精确的测量数据，应从实验室提供的米尺、螺旋测微器和游标卡尺(游标尺上有10个等分刻度)中，选择______________进行测量。 (2)用游标卡尺(游标尺上有50个等分刻度)测定某工件的宽度时，示数如图所示，此工件的宽度为________mm。 解析：(1)金属丝的直径约0.5 mm，而游标卡尺精确度才0.1 mm，螺旋测微器精确度可达0.01 mm，故应选择螺旋测微器进行测量。 (2)由于50分度的游标卡尺精确度为0.02 mm，主尺上读数为23 mm，游标尺上第11格与主尺刻度对齐，故游标尺的读数为0.22 mm，所以工件宽度为23.22 mm。 答案：(1)螺旋测微器(2)23.22

考点二 “力和运动”类实验 3.[某同学利用如图所示装置研究小车的匀变速直线运动。 (1)实验中，必需的措施是________。 A ．细线必须与长木板平行 B ．先接通电源再释放小车 C ．小车的质量远大于钩码的质量 D ．平衡小车与长木板间的摩擦力 (2)他实验时将打点计时器接到频率为50 Hz 的交流电源上，得到一条纸带，打出的部分计数点如图所示(每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出)。s 1＝3.59 cm ，s 2＝4.41 cm ，s 3＝5.19 cm ，s 4＝5.97 cm ，s 5＝6.78 cm ，s 6＝7.64 cm 。则小车的加速度a ＝________ m/s 2 (要求充分利用测量的数据)，打点计时器在打B 点时小车的速度v B ＝________ m/s 。(结果均保留两位有效数字) 解析：(1)利用打点计时器研究小车的匀变速直线运动时，为顺利完成实验，保证实验效果，细线与长木板要平行，否则小车受力会发生变化，选项A 正确；为打的点尽量多些，需先接通电源，再释放小车，选项B 正确；本题中只要保证小车做匀变速运动即可，无须保证小车质量远大于钩码的质量，选项C 错误；同理，小车与长木板间可以有不变的摩擦力，无须平衡摩擦力，选项D 错误。故必需的措施是A 、B 选项。 (2)由s 4－s 1＝3a 1T 2、s 5－s 2＝3a 2T 2、s 6－s 3＝3a 3T 2知加速度a ＝a 1＋a 2＋a 3 3＝ s 4＋s 5＋s 6－s 1－s 2－s 39T 2＝0.80 m/s 2 打B 点时小车的速度v B ＝s 1＋s 22T ＝0.40 m/s 。 答案：(1)AB (2)0.80 0.40 4．[考查验证力的平行四边形定则] (2018·天津高考)某研究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，所用器材有：方木板一块，白纸，量程为5 N 的弹簧测力计两个，橡皮条(带两个较长的细绳套)，刻度尺，图钉(若干个)。

力学实验基础与创新 含答案及解析

力学实验基础与创新 附答案及解析 1.(2018·全国卷Ⅰ)如图(a)，一弹簧上端固定在支架顶端，下端悬挂一托盘；一标尺由游标和主尺构成，主尺竖直固定在弹簧左边；托盘上方固定有一能与游标刻度线准确对齐的装置，简化为图中的指针． 现要测量图(a)中弹簧的劲度系数．当托盘内没有砝码时，移动游标，使其零刻度线对准指针，此时标尺读数为1.950 cm ；当托盘内放有质量为0.100 kg 的砝码时，移动游标，再次使其零刻度线对准指针，标尺示数如图(b)所示，其读数为____________cm.当地的重力加速度大小g 取9.80 m/s 2，此弹簧的劲度系数为____________N/m(保留3位有效数字)． 解析 标尺的游标为20分度，精确度为0.05 mm ，游标的第15个刻度与主尺刻度对齐，则读数为37 mm ＋15×0.05 mm＝37.75 mm ＝3.775 cm ． 弹簧形变量x ＝(3.775－1.950) cm ＝1.825 cm ， 砝码平衡时，mg ＝kx ， 所以劲度系数k ＝mg x ＝ 0.100×9.801.825×10－2 N/m≈53.7 N/m.(保留3位有效数字) 答案 3.775 53.7 2．(2017·全国卷Ⅲ)某探究小组做“验证力的平行四边形定则”实验，将画有坐标轴(横轴为x 轴，纵轴为y 轴，最小刻度表示1 mm)的纸贴在桌面上，如图(a)所示．将橡皮筋的一端Q 固定在y 轴上的B 点(位于图示部分之外)，另一端P 位于y 轴上的A 点时，橡皮筋处于原长． (1)用一只测力计将橡皮筋的P 端沿y 轴从A 点拉至坐标原点O .此时拉力F 的大小可由测力计读出．测力计的示数如图(b)所示，F 的大小为____________ N ． (2)撤去(1)中的拉力，橡皮筋P 端回到A 点，现使用两个测力计同时拉橡皮筋，再次将P 端拉至O 点．此时观察到两个拉力分别沿图(a)中两条虚线所示的方向，由测力计的示数读出两个拉力的大小分别为F 1＝4.2 N 和F 2＝5.6 N ． (ⅰ)用5 mm 长度的线段表示1 N 的力，以O 点为作用点，在图(a)中画出力F 1、F 2的图示，然后按平行四边形定则画出它们的合力F 合；

复合材料结构设计基础(试卷B格式)(可编辑修改word版)

i j ij 西安航空职业技术学院 2011 ～ 2012 学年度 第 2 学期课程考试 试题纸（第 1 页 共 2 页） 西安航空职业技术学院 课程考试试题（卷）纸 (考生应将全部答题都写在答题纸上，否则做无效处理。) 一、名词解释（每小题 4 分，共 20 分） 1 性对称面 2 特殊正交各向异性层压板 3 屈曲 4 设计许用值 5 层压板。 二、填空（每空 1 分，共 20 分） 1. 夹芯板通常由三部分组成， 、 和 ，两侧 部分的材料也称为面板。 2. 在小变形的情况下，板主要以弯曲变形承受外载荷，相对应，壳体则主要由 承受外载荷。由于壳体的承力特点，可以使壳体的构件设计得 而且 ，因而这种结构形式在航空、航天、高速 交通车辆、风力发电的叶片以及其他工业部门中得到广泛的应用。 3. 由蒙皮/筋条和肋、梁共同构成的受力盒段，蒙皮主要承受 ，弯 金属结构更强调从研制开始，就要求在 中，包括设计、分析、 材料、工艺制造、维护和用户在内的各阶段的专家、参与者协同工作， 尽量利用 ，实施复合材料结构 一体化。 5. 合理确定设计许用值的通用原则，应该考虑 以及应变可能带来的损伤，既能够满足设计的基本要求，又可以避免 过大， 结构沉重而降低结构的效率，加重各项负担。 6. 层压板的设计中，各种铺设方向铺层的层数应通过计算或计算图表确定。一般先求出 ，再根据所需总层数求得各种铺设角层组 的 。 7. 考虑连接部位的破坏时，任何部件的连接部位都是 的敏感部 位，复合材料也不例外，无论是目前普遍使用的机械连接方式，还是源自复合材料制造工艺的二次固化或 ，全部是 。 三、选择题（每题 2 分，共 20 分。） 1. 在广义胡克定律表达式[] = [C ] []（ij=1，2，……，6）中，将 ] 表示的矩阵称谓（ ）。 矩引起的轴向载荷由筋条、梁缘条和蒙皮组成的壁板承受，因此筋条与梁以 铺层为主。梁腹板以±45o铺层为主要承受 。 4. 由于复合材料的研制特点以及低成本制造技术的需要，复合材料结构比 a 、可逆矩阵 b 、刚性矩阵 c 、对称矩阵 d 、柔性矩阵 2. 具有一个弹性对称面的情况下，在材料性能的刚性矩阵中，所表示材料的独立弹性常数有（ ）个。 a 、 13 b 、 2 c 、 5 d 、 9 * 学 号 部： * * * * * * * * * * 姓 名： * * * * * * * * * * * * * * ** 系 * * * 专业年级： * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * [C ij 课程名称 复合材料结构设计基础 （ B 卷 ） 考试方式 闭 卷 考试类型 考 试 所属系部 航空材料工程系 印刷份数 适用班级 108011 和 108012 附答题纸 2 页

复合材料结构设计基础考点(最新整理)

第一章 绪论 1.复合材料的定义：两种或两种以上具有不同的化学或物理性质的组分材料组成的一种与 组分材料性质不同的新材料。 2.比强度：强度与密度之比 比模量：模量与密度比 3.层间强度低：纤维增强复合材料的层间剪切强度和层间拉伸强度分别低于基体的剪切强 度和拉伸强度，这是由于界面的作用所致。因此在层间应力作用下很容易引起层合板分层破坏，从而导致复合材料结构的破坏，这是影响复合材料在某些结构物使用的重要因素。 4.纤维增强复合材料是由两种基本原材料------基体和纤维组成的，构成复合材料的基体单 元是单层板。 第二章 单层的刚度与强度 5.对于各向同性材料，表达其刚度性能的参数是工程弹性常数E 、G 、v ，他们三者之间的 关系 G=E/(2(1+v)) 所以独立的弹性常数只有2个。而对于呈正交各向异性的单层，常数将增加到5个，独立的有4个。 6.单层正轴的应变---应力关系式 ??????????????????? ?--=??????????321321/1000/1/0//1σσσεεεLT T L L T T L G E E v E v E 也可用柔量分量表示应变 应力的关系式 但必须写出S ?? ??????????????????=??????????122166222112113210000τσσεεεS S S S S ij 7.例题：已知铝的工程弹性常数E=69Gpa ，G=26.54Gpa ，v=0.3，试求铝的柔量分量和模量分量。由于铝是各项同性材料，所以EL=ET=69Gpa Glt=G=26.54GPa vL=vT=v=0.3. （1）柔量分量 S11=S22=1/E=14.49/（TPa ） S12=-v/E=-4.348/(TPa) S66=1/G=37.68/TPa (2)模量分量 m=(1-vLvT)=(1-v ) 1-21 -Q11=Q22=mE=75.82GPa Q12=mvE=22.75 Q66=G=26.54GPa 8．单轴的偏轴应力应变关系公式。偏轴的应变应力关系公式。：课本p16 2-27 2-30 9.单层的失效准则：单层的失效准则的以判别单层在偏轴向应力作用或平面应力状态下是否失效的准则。10. 最大应力失效准则： 表明单层正轴向的任何一个应力分量到达极限应力 S Y X 12t 2t 1===τσσ时，单层就失效。