2.5.1 视频单元慕课视频播放-复合材料设计与成型-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

接下来我们来学习如何对复合材料的界面进行表征与分析

首先来看复合材料界面的破坏特征

根据界面结合强弱的不同，复合材料破坏时

表现出三类破坏特征，如右图所示

表中IFSS是界面剪切强度InterFace Shear Strength的缩写

界面结合较弱时，破坏过程中界面先脱粘，然后纤维断裂

界面结合强弱适中，基体脱粘与纤维断裂交互发生

界面结合过强时，复合材料破坏过程中界面不坏

裂纹扩展导致复合材料发生脆性断裂

界面结合的强弱，对复合材料冲击吸能效果具有显著影响

第1条曲线，对应复合材料界面较弱，导致破坏为韧性断裂

受冲击后纤维脱粘拔出现象明显，冲击最大载荷较小，冲击时间长

图中第3条曲线，界面结合过强，冲击导致复合材料呈现脆性断裂

冲击时间短，能量吸收不多

图中第2条曲线，复合材料界面结合强度适中，纤维脱粘与断裂伴随同时发生

吸能效果较好，同时复合材料的强度和韧性较为均衡

从复合材料失效模式，也可以看出界面结合的强弱情况

上图为界面结合较强的复合材料，裂纹扩展直到复合材料断裂

这个过程中裂纹的扩展路径几乎不转弯，较为平直地沿垂直纤维方向往前走

复合材料断裂部位呈现较为平齐的断口，无纤维拔出现象

材料的应力-应变曲线开始呈现线性，突然很陡地猛然下降

断裂失效，呈现脆性破坏模式

下图为界面结合较弱的复合材料

裂纹扩展过程中，由于界面脱粘

裂纹会沿界面横向扩展，纤维会在不同部位断裂

不断有纤维从基体中拔出，应力-应变曲线呈现非常明显的非线性特征

断裂应变大，即呈现韧性断裂模式

界面强度如何来进行测试呢？可以采用纤维拔出法

将纤维一端埋入基体中，如果埋入的长度小于临界长度的一半

根据之前学习的应力传递理论，纤维上的正应力达不到其拉伸强度

纤维最终会从基体中被拉出

如果纤维埋入长度大于临界长度的一半，纤维将被拉断

接下来纤维将在界面摩檫力的作用下逐渐被从基体中彻底拔出

建立纤维被拔出一瞬间的力的平衡关系

可知正应力作用在纤维横截面积上，剪应力作用在界面上

两者合力相等，于是可以得到界面失效脱粘一瞬间剪应力的表达式

如果埋入深度大于临界纤维长度的一半，则此时正应力等于纤维强度

纤维长度取临界纤维长度的一半，即可求得界面剪切强度

这两张图分别对应两种纤维拔出试验的装置

当然也可以采用纤维顶出的方法测试界面剪切强度

制作含有一根纤维的微型复合材料试样

在垂直于纤维的方向将试样磨平、抛光，并安装于夹具上

将V型压头的尖端对准纤维的中心，在压头上施加载荷Pd

使纤维沿着纤维/基体界面滑动一定距离

顶出的一瞬间，外载达到最大值

界面达到其剪切强度发生破坏，纤维移动

同样建立外载与剪应力的平衡关系，即可求得界面剪切强度

左边的图是纤维顶出过程中载荷位移曲线及对应的三个阶段

右图是纤维被顶出的显微镜照片

还可以采用纤维碎断法来测界面剪切强度

将一根纤维埋于韧性基体中，并对试样进行拉伸

根据应力传递理论，当纤维上应力达到纤维强度时

纤维将发生断裂，在基体中形成一小段一小段的短纤维

统计短纤维的长度进行平均即得到临界纤维长度Lc

同样建立力的平衡关系，就可以得到界面强度的表达式

这里的临界纤维长度为什么是断裂纤维平均长度的4/3倍呢？

我们来看一下这个加载过程

纤维的应力随外载的增加而逐渐增加，当达到其强度值时，就发生断裂

如果断裂后仍有纤维长度大于临界长度，则其上的应力依然会达到其强度

纤维就会继续断裂，直到所有纤维的长度都小于或等于临界纤维长度

因此公式中的临界纤维长度要用测得的平均长度的4/3进行修正

体现到最终表达式里对应的修正系数K=0.75

因为大部分的纤维长度实际上都小于其临界纤维长度

从这个试验过程纤维和基体的变形状态来看

如果要用纤维碎断法测界面强度，要求基体材料的断裂应变至少应比纤维大三倍

这样基体材料有足够韧性才能避免由于基体破坏引起断裂

纤维碎断、与界面脱粘现象，可通过偏光显微镜观察

获得的显微镜照片通过图像处理软件测量各段短纤维的长度

按照公式即可求得界面剪切强度

第二章的内容就讲到这里

复合材料设计与成型课程列表：

上篇基础--复合材料的概念与原理 1 引言

-1.1 课程简介及复合材料定义

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3讨论

-1.2 复合材料的命名与分类

--1.2.1 视频单元

--1.2.2 作业

-1.3 复合材料的特点

--1.3.1 视频单元

--1.3.2 作业

-1.4 复合材料的应用

--1.4.1 视频单元

--1.4.2 作业

--1.4.3 讨论题

--1 引言课件

2 复合原理及界面

-2.1 颗粒增强原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 短纤维增强原理

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 界面效应

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 复合材料界面

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2.5 复合材料界面表征与分析

--2.5.1 视频单元

--2.5.2 作业

-2 复合原理及界面课件

3 增强材料

-3.1 增强材料概述

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 玻璃纤维概述、生产工艺、成分与结构

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 玻璃纤维的性能、制品与规格

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 碳纤维概述

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3.5 碳纤维的制备工艺

--3.5.1 视频单元

--3.5.2 作业

-3.6 碳纤维的结构、性能、制品与规格

--3.6.1 视频单元

--3.6.2 作业

-3.7 芳纶纤维

--3.7.1 视频单元

--3.7.2 作业

-3 增强材料课件

4 聚合物基复合材料

-4.1 聚合物概述

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 聚酯概述、化学结构、合成与交联

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 聚酯的性能与应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 环氧树脂概述、化学结构、合成与表征

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4.5 环氧树脂的交联、性能与应用

--4.5.1 视频单元

--4.5.2 作业

-4.6 酚醛树脂及其他热固性树脂

--4.6.1 视频单元

--4.6.2 作业

-4.7 热塑性树脂及聚合物基复合材料的应用

--4.7.1 视频单元

--4.7.2 作业

-4 聚合物基复合材料课件

5 陶瓷基复合材料

-5.1 陶瓷及陶瓷基复合材料概述

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 陶瓷基复合材料成型工艺

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 陶瓷基复合材料的界面及强韧化

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 碳碳复合材料及陶瓷基复合材料的应用

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 陶瓷基复合材料课件

6 金属基复合材料

-6.1 金属基体

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 金属基复合材料成型工艺

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 金属基复合材料的界面

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 金属基复合材料的性能与应用

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6 金属基复合材料课件

中篇理论--复合材料结构设计原理 1 引言

-1.1 视频单元

-1.2 作业

-1 引言课件

2 应力-应变关系

-2.1 应力与应变

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 广义胡克定律

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 工程常数、平面应力状态、应力应变转换

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2 应力-应变关系课件

3 单向板的刚度

-3.1 单向板的正轴刚度、刚度柔度变换

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 倍角变换、偏轴工程常数

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3 单向板的刚度课件

4 层合板的刚度

-4.1 层合板的代号、面内刚度

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 典型层合板的面内刚度

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 层合板的弯曲刚度

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4.4 单向层合板、对称层合板及夹芯结构的弯曲刚度

--4.4.1 视频单元

--4.4.2 作业

-4 层合板的刚度课件

5 层合板的强度

-5.1 最大应力与最大应变准则

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 蔡-希尔、蔡-吴强度准则

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 层合板的强度分析

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5.4 层合板的极限强度

--5.4.1 视频单元

--5.4.2 作业

-5 层合板的强度课件

6 复合材料细观力学

-6.1 细观力学引言、平均性质

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 单向板的工程常数

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 单向板的强度

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6.4 热膨胀与湿溶胀系数

--6.4.1 视频单元

--6.4.2 作业

-6.5 层合板的残余应力

--6.5.1 视频单元

--6.5.2 作业

-6 复合材料细观力学课件

7 复合材料一维受力构件分析

-7.1 复合材料结构控制方程

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 简单构型复合材料一维受力构件的力学分析

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7 复合材料一维受力构件分析课件

8 复合材料梁

-8.1 复合材料层合梁

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 复合材料板梁

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 复合材料薄壁梁

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 复合材料梁课件

下篇应用--复合材料成型工艺 1 引言

-1.1 绪论

--1.1.1 视频单元

--1.1.2 作业

--1.1.3 讨论

-1 引言课件

2 手糊成型工艺

-2.1 手糊基本原理

--2.1.1 视频单元

--2.1.2 作业

-2.2 树脂对纤维的润湿（上）

--2.2.1 视频单元

--2.2.2 作业

-2.3 树脂对纤维的润湿（下）

--2.3.1 视频单元

--2.3.2 作业

-2.4 手糊技术进展和典型应用

--2.4.1 视频单元

--2.4.2 作业

-2 手糊成型工艺课件

3 树脂传递模塑工艺

-3.1 RTM基本原理

--3.1.1 视频单元

--3.1.2 作业

-3.2 树脂渗流规律

--3.2.1 视频单元

--3.2.2 作业

-3.3 树脂流动模拟分析

--3.3.1 视频单元

--3.3.2 作业

-3.4 RTM技术发展和典型应用

--3.4.1 视频单元

--3.4.2 作业

-3 树脂传递模塑工艺课件

4 树脂膜熔融浸渍工艺

-4.1 RFI基本原理

--4.1.1 视频单元

--4.1.2 作业

-4.2 RFI树脂膜体系

--4.2.1 视频单元

--4.2.2 作业

-4.3 树脂固化制度的确定和RFI典型应用

--4.3.1 视频单元

--4.3.2 作业

-4 树脂膜熔融浸渍工艺课件

5 真空导入模塑工艺

-5.1 VIMP基本原理

--5.1.1 视频单元

--5.1.2 作业

-5.2 树脂的粘度特性

--5.2.1 视频单元

--5.2.2 作业

-5.3 纤维预成型体的渗透特性和VIMP典型应用

--5.3.1 视频单元

--5.3.2 作业

-5 真空导入工艺课件

6 拉挤成型工艺

-6.1 拉挤基本原理

--6.1.1 视频单元

--6.1.2 作业

-6.2 拉挤内脱模剂

--6.2.1 视频单元

--6.2.2 作业

-6.3 拉挤技术发展和典型应用

--6.3.1 视频单元

--6.3.2 作业

-6 拉挤成型工艺课件

7 缠绕成型工艺

-7.1 缠绕基本原理

--7.1.1 视频单元

--7.1.2 作业

-7.2 缠绕线型规律

--7.2.1 视频单元

--7.2.2 作业

-7.3 缠绕工艺参数、技术发展和典型应用

--7.3.1 视频单元

--7.3.2 作业

-7 缠绕成型工艺课件

8 模压成型工艺

-8.1 模压基本原理和模压料工艺性

--8.1.1 视频单元

--8.1.2 作业

-8.2 SMC片状模塑料

--8.2.1 视频单元

--8.2.2 作业

-8.3 模压关键工艺参数和典型应用

--8.3.1 视频单元

--8.3.2 作业

-8 模压成型工艺课件

9 有机先驱体转化法

-9.1 概述

--9.1.1 视频单元

--9.1.2 作业

-9.2 PIP基本原理

--9.2.1 视频单元

--9.2.2 作业

-9.3 PIP关键步骤

--9.3.1 视频单元

--9.3.2 作业

-9.4 致密化和典型应用

--9.4.1 视频单元

--9.4.2 作业

-9 先驱体转化法课件

考试

-课程考试

2.5.1 视频单元在线视频

2.5.1 视频单元课程教案、知识点、字幕

复合材料设计与成型课程列表：

上篇基础--复合材料的概念与原理 1 引言

2 复合原理及界面

3 增强材料

4 聚合物基复合材料

5 陶瓷基复合材料

6 金属基复合材料

中篇理论--复合材料结构设计原理 1 引言

2 应力-应变关系

3 单向板的刚度

4 层合板的刚度

5 层合板的强度

6 复合材料细观力学

7 复合材料一维受力构件分析

8 复合材料梁

下篇应用--复合材料成型工艺 1 引言

2 手糊成型工艺

3 树脂传递模塑工艺

4 树脂膜熔融浸渍工艺

5 真空导入模塑工艺

6 拉挤成型工艺

7 缠绕成型工艺

8 模压成型工艺

9 有机先驱体转化法

考试

2.5.1 视频单元笔记与讨论

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上篇 基础--复合材料的概念与原理 1 引言

2 复合原理及界面

3 增强材料

4 聚合物基复合材料

5 陶瓷基复合材料

6 金属基复合材料

中篇 理论--复合材料结构设计原理 1 引言

2 应力-应变关系

3 单向板的刚度

4 层合板的刚度

5 层合板的强度

6 复合材料细观力学

7 复合材料一维受力构件分析

8 复合材料梁

下篇 应用--复合材料成型工艺 1 引言

2 手糊成型工艺

3 树脂传递模塑工艺

4 树脂膜熔融浸渍工艺

5 真空导入模塑工艺

6 拉挤成型工艺

7 缠绕成型工艺

8 模压成型工艺

9 有机先驱体转化法

考试

2.5.1 视频单元笔记与讨论

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