1、第2章 复合材料增强原理,按增强材料的种类和性质，复合材料的强化机制可以分为三种：,弥散增强机制 颗粒增强机制 纤维增强机制,弥散增强机制位错绕过理论,强化效果：,弥散强化复合材料：,弥散微粒、基体复合而成,粒子直径为0.10.01m，体积分数为1%15%,载荷主要有基体承担，弥散微粒阻碍基体的位错运动。,图2.1 颗粒起着阻碍基体位错运动作用示意图,取决于粒子直径、体积分数。,颗粒增强机制,颗粒增强复合材料：尺寸较大(1m)的坚硬颗粒及基体 复合而成,粒子直径为150m，体积分数20%,颗粒阻碍基体位错运动强化 不均匀变形引起位错增殖强化,载荷主要由基体承担，但颗粒也承受载荷并约束变形,强化
2、效果：取决于粒子直径、体积分数。,与弥散增强机制的不同点：,机理：,图2.2 位错在晶面上滑移（a）和在TiC颗粒前位错的塞积（b）,图2.3 两相不均匀变形在界面形成的位错环,纤维增强机制,基体：通过界面将载荷有效地传递到增强相（晶须、纤维 等），不是主承力相。纤维：承受由基体传递来的有效载荷，主承力相。,假定纤维、基体理想结合，且松泊比相同；在外力作用下，由于组分模量的不同产生了不同形变（位移），在基体上产生了剪切应变，通过界面将外力传递到纤维上（图2.3、2.4）,由高强度、高模量、连续（长）纤维或不连续（短）纤维与基体复合而成,纤维增强复材：,图2.4 短纤维周围的应变,当材料受到较大
3、应力时，一些有裂纹的纤维可能断裂，但基体能阻碍裂纹扩展并改变裂纹扩展方向。,当纤维与基体有适当的界面结合强度时，纤维受力断裂后被从基体中拔出，需克服基体对纤维的粘接力，使材料的断裂强度提高。,为了达到纤维增强的效果，须遵循以下原则：,纤维的强度和弹性模量应远高于基体； 纤维与基体间应有一定的界面结合强度，以保证基体所承受的载荷能通过界面传递给纤维，并防止脆性断裂； 纤维的排列方向要与构件的受力方向一致； 纤维与基体的热胀系数应匹配； 纤维与基体不能发生使结合强度降低的化学反应； 纤维所占体积分数、纤维长度和直径及长径比等必须满足一定要求。,几种典型复合材料的临界长度Lc和长径比Lc/d,在单向连续纤维增强复合材料中，复合材料中组分承载应力表达式：,纤维/基体弹性模量，纤维体积含量，则纤维承载越大,
