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材料科學(xué)與工程導(dǎo)論(完整版)

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【正文】據(jù) 。晶須具有高度晶格完整性，無(wú)缺陷，這一點(diǎn)說(shuō)明了晶須為什么具有異常高的強(qiáng)度。三、不連續(xù)、隨機(jī)取向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料當(dāng)纖維隨機(jī)取向時(shí)，使用短的不連續(xù)纖維。包括：纖維和基體的特性、纖維基體鍵合強(qiáng)度和孔洞的存在。如果我們假設(shè) εf*εm*圖（這是通常的情形），那么纖維先于基體失效。橫向加載彈性行為：一個(gè)連續(xù) 、取向排列纖維復(fù)合材料可以橫向加載，即加載方向與纖維排列方向成90176。首先假設(shè)纖維基體界面鍵合很好，因?yàn)榛w和纖維的形變相同（等應(yīng)變狀態(tài) ）。此外，由第 I 階段到第 II 階段，纖維承受的載荷比例提高了。纖維取向排列復(fù)合材料的特性是高度各向異性，即特性與測(cè)量方向有關(guān) 。這種復(fù)合材料，基體在 εym 屈服發(fā)生塑性形變（如圖），而纖維繼續(xù)彈性伸長(zhǎng) 。其次，即使纖維斷裂后，基體仍然完整，因?yàn)?εf*εm*（圖）。同樣可以證明，纖維相和基體相在軸向承受的載荷比值為： Ff/Fm=EfVf/EmVm () 例題連續(xù)、取向排列玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料含有 40 vol% 的玻璃纖維和 60 vol% 聚合酯，玻璃纖維的彈性模量為 69 GPa，聚合酯的彈性模量為 GPa. (a)計(jì)算這種復(fù)合材料的軸向彈性模量。表列出了三種普通纖維復(fù)合材料的軸向和橫向拉伸強(qiáng)度值。因此實(shí)際上，纖維的增強(qiáng)效應(yīng)是負(fù)的。一個(gè)均勻分布的不連續(xù)、取向的纖維復(fù)合材料，而且 l lc，軸向強(qiáng)度 σcd*由下面關(guān)系式給出： σcd * = σ’m (1 ?Vf ) +σf*Vf (1 ?lc/ 2l ) () 其中 σf*和 σm’分別代表纖維的斷裂強(qiáng)度和復(fù)合材料失效時(shí)基體中的應(yīng)力。為可能達(dá)到的增強(qiáng)量級(jí)提供了一個(gè)概念。表給出了這些材料的某些力學(xué)特性。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，基體相具有以下幾個(gè)功能：第一，基體將纖維膠合在一起，作為介質(zhì)將外加應(yīng)力傳遞給并分布在纖維上，基體相只承受很小比例的外加載荷。復(fù)合材料的最終強(qiáng)度在很大程度上依賴于這一鍵合的大小。 4. 與各種塑料結(jié)合，纖維具有化學(xué)惰性，因此復(fù)合材料可以在多種腐蝕環(huán)境中使用。 3. 室溫，碳纖維不受濕氣和多種溶劑、酸、堿的影響， 4. 纖維表現(xiàn)出多種多樣的物理和力學(xué)特性，使得與纖維結(jié)合的復(fù)合材料具有特殊的工程特性。這類纖維軸向拉伸強(qiáng)度和拉伸模量（表）比其它聚合物纖維材料高，壓縮時(shí)比較弱。其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料玻璃、碳、芳香族纖維是聚合物基復(fù)合材料中最常用的三種增強(qiáng)纖維。。表幾種纖維材料的拉伸模量、拉伸強(qiáng)度、比強(qiáng)度和比模量。盡管是熱塑塑料，然而它們抗燃燒，保持高力學(xué)特性的溫度范圍為 200~200℃ 。

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