(3)材料性能对复合工艺的依赖性 复合材料结构在形成过程中有组分材料 的物理和化学变化发生,不同成型工艺所用 原材料种类、增强材料形式、纤维体积含量 和铺设方案也不尽相同,因此构件的性能对 工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性很 大 由于在成型过程中很难准确地控制工艺 参数,一般来说复合材料构件的性能分散性 也是比较大的。 (4)复合材料具有各向异性的力学性能
（3）材料性能对复合工艺的依赖性 复合材料结构在形成过程中有组分材料 的物理和化学变化发生，不同成型工艺所用 原材料种类、增强材料形式、纤维体积含量 和铺设方案也不尽相同，因此构件的性能对 工艺方法、工艺参数、工艺过程等依赖性很 大。 由于在成型过程中很难准确地控制工艺 参数，一般来说复合材料构件的性能分散性 也是比较大的。 (4) 复合材料具有各向异性的力学性能
1013复合材料的主要性能特点 复合材料的性能比传统材料的性能有很大的改进。 钢 铝 复合 复合 复合 材料 材料 材料 钢 钢 钢 钢 铝 实如 铝 铝 铝 日 k 重量热膨胀 刚度+强度 抗疲劳 图12传统单相材料和复合材料的比较
10.1.3 复合材料的主要性能特点 复合材料的性能比传统材料的性能有很大的改进
(1)比强度和比模量 复合材料的最大的优点是比强度高,比模量大。 材料的比强度和比模量分别是强度()和弹性模 量(B)与比重(Q)的比值(G/Q,E/g),它表示了单位 重量的材料特性,常用来作为比较不同材料间性能 的指标。 对于航空航天的结构部件,汽车、火车、舰艇 的运动结构而言,比强度高、比模量大意味着可以 制成性能好质量轻的结构。 而对于化工设备和建筑工程等,材料的比强度 高、比模量大则意味着可减轻自重,承受较多的载 荷和改善抗震性能
（1）比强度和比模量 复合材料的最大的优点是比强度高，比模量大。 材料的比强度和比模量分别是强度(σ)和弹性模 量(E)与比重(ρ)的比值（σ/ρ, E/ρ），它表示了单位 重量的材料特性，常用来作为比较不同材料间性能 的指标。 对于航空航天的结构部件，汽车、火车、舰艇 的运动结构而言，比强度高、比模量大意味着可以 制成性能好质量轻的结构。 而对于化工设备和建筑工程等，材料的比强度 高、比模量大则意味着可减轻自重，承受较多的载 荷和改善抗震性能
典型单向复合材料和金属材料力学性能比较 材料性能 E玻璐碳环氧压环氧硼环氧铝合金钛合金45号钢 芳纶 /环氧 纤维体积含量v 60 0.60 0.60 0.50 密度p/(gcm3) 2.1 1.6 1.4 18 2.8 4.5 7.8 纵向拉伸强度XMPa1020124013801260400960600 比强度(Xtp)(107cm)0.50079 1.0 0.71 0.150.220.13 横向拉伸强度YMPa40 30 61 400 960 600 纵向拉伸模量E1/GPa45 145 76 204 114 210 比模量(E1/p)(10cm)0.20.920.55 12 0.260.260.27 横向拉伸模量E/GPa12 10 185 114 210 纵向拉伸断裂应变/%230.9180.65182016 横向拉伸断裂应变/%0.4 0.5 20 16
典型单向复合材料和金属材料力学性能比较 材料性能 E-玻璃 /环氧 碳/环氧 芳纶 /环氧 硼/环氧 铝合金 钛合金 45号钢 纤维体积含量vf 0.60 0.60 0.60 0.50 密度ρ/(gcm-3 ) 2.1 1.6 1.4 1.8 2.8 4.5 7.8 纵向拉伸强度Xt /MPa 1020 1240 1380 1260 400 960 600 比强度(Xt/ρ)/(107cm) 0.50 0.79 1.0 0.71 0.15 0.22 0.13 横向拉伸强度Yt /MPa 40 41 30 61 400 960 600 纵向拉伸模量E1 /GPa 45 145 76 204 70 114 210 比模量(E1 /ρ)/(109cm) 0.22 0.92 0.55 1.2 0.26 0.26 0.27 横向拉伸模量E2 /GPa 12 10 5.5 18.5 70 114 210 纵向拉伸断裂应变/% 2.3 0.9 1.8 0.65 18 20 16 横向拉伸断裂应变/% 0.4 0.4 0.5 18 20 16
(2)抗疲劳性能和抗断裂性能 疲破坯坏是材料在交变载荷作用下,由于裂纹的形成和扩 展而造成的低应力破坏。 疲劳破坏是飞机坠毁的主要原因之一。 复合材料在纤维方向受拉时的疲劳特性要比金属好得多。 金属材料的疲劳破坏是由里向外经过渐变然后突然扩展的 复合材料的疲劳破坏总是从纤维或基体的薄弱环部位开始, 逐渐护展到结合面 在损伤较多且尺寸较大时,破坏前有明显的预兆,能够及 时发现和采較措施。 圈瓷的断裂韧性比金属的要低一个数量级,图而陶瓷材料 复合化的自的 就是克服箕脆性,提高断裂韧性。 通常金属材料的疲劳强度极限是其拉伸强度的30%~50%, 而碳纤维增强树脂基复合材料的疲劳强度极限为其拉伸强度的 70%~80%。 因此用复合材料制成在长期交变载荷条件下工作的构件, 具有较长的使用寿命和较大的破损安全性
（2）抗疲劳性能和抗断裂性能 疲劳破坏是材料在交变载荷作用下，由于裂纹的形成和扩 展而造成的低应力破坏。 疲劳破坏是飞机坠毁的主要原因之一。 复合材料在纤维方向受拉时的疲劳特性要比金属好得多。 金属材料的疲劳破坏是由里向外经过渐变然后突然扩展的。 复合材料的疲劳破坏总是从纤维或基体的薄弱环部位开始， 逐渐扩展到结合面上。 在损伤较多且尺寸较大时，破坏前有明显的预兆，能够及 时发现和采取措施。 陶瓷的断裂韧性比金属的要低一个数量级，因而陶瓷材料 复合化的目的之一就是克服其脆性，提高断裂韧性。 通常金属材料的疲劳强度极限是其拉伸强度的30％～50％， 而碳纤维增强树脂基复合材料的疲劳强度极限为其拉伸强度的 70％～80％。 因此用复合材料制成在长期交变载荷条件下工作的构件， 具有较长的使用寿命和较大的破损安全性