復(fù)合材料基體

復(fù)合材料基體即復(fù)合材料中作為連續(xù)相的材料，分為聚合物基體，金屬基體，無機(jī)非金屬基體。

基體材料起到粘結(jié)作用，均衡載荷，分散載荷，保護(hù)纖維的作用。復(fù)合材料分為兩相，另一項(xiàng)為分散相，稱為增強(qiáng)材料。2100433B

硼纖維選擇鋁合金作為基體是由于鋁合金具有良好的綜合性能。所謂良好的綜合性能是指良好的結(jié)合性能，較高的斷裂韌性，較強(qiáng)的阻止在纖維斷裂或劈裂處的裂紋擴(kuò)展能力；較強(qiáng)的抗腐蝕性，較高的強(qiáng)度等。對(duì)于高溫下使用的復(fù)合材料，還要求基體具有較好的抗蠕變性和抗氧化性。此外，基體應(yīng)能熔焊或釬焊，而對(duì)于某些應(yīng)用還要求基體能采用復(fù)合蠕變成型技術(shù)。普遍使用的鋁合金有變形鋁、鑄造鋁、焊接鋁及燒結(jié)鋁等。這些鋁合金并不完全符合硼纖維對(duì)金屬基體的要求，但某些合金已得到了成功的使用，這其中最普遍的是采用變形鋁為基體用固態(tài)熱壓法制得的復(fù)合材料。用鋁箔和等離子噴涂的預(yù)制合金粉制造復(fù)合材料時(shí)，使用過多種變形鋁合金。

如何僅僅根據(jù)組份材料的原始性能預(yù)報(bào)受任意載荷作用下的復(fù)合材料強(qiáng)度是一個(gè)世界性難題。雖然申請(qǐng)者創(chuàng)建的橋聯(lián)理論可準(zhǔn)確計(jì)算纖維和基體中的內(nèi)應(yīng)力，但復(fù)合材料極限承載能力的確定還取決于基體的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單向復(fù)合材料橫向強(qiáng)度遠(yuǎn)低于基體的原始強(qiáng)度，表明添加纖維后導(dǎo)致基體現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度大幅降低。通過本項(xiàng)目的研究，我們成功建立起基體各現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度的解析理論，等于基體的原始強(qiáng)度除以相應(yīng)方向的基體應(yīng)力集中系數(shù)。但是，添加纖維后的基體應(yīng)力集中系數(shù)不可再按經(jīng)典方式定義，否則，界面開裂處的基體應(yīng)力集中系數(shù)將為無窮大。我們準(zhǔn)確地將基體應(yīng)力集中系數(shù)定義為沿破壞面外法線方向的平均應(yīng)力除以基體相應(yīng)方向的均值應(yīng)力。不僅導(dǎo)出了理想界面下基體的各應(yīng)力集中系數(shù)，而且還得到了界面開裂后的基體橫向拉伸應(yīng)力集中系數(shù)公式。采用三屆“破壞分析奧運(yùn)會(huì)”組織者所提供的組分材料數(shù)據(jù)，基于基體原始強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度的復(fù)合材料強(qiáng)度預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比誤差相差5倍，說明基體的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)復(fù)合材料的破壞分析和強(qiáng)度預(yù)報(bào)至關(guān)重要。本項(xiàng)目的研究成果對(duì)復(fù)合材料力學(xué)學(xué)科發(fā)展以及復(fù)合材料的有效工程應(yīng)用都具有重要意義。 2100433B

如何僅僅根據(jù)組份材料的原始性能預(yù)報(bào)受任意載荷作用的復(fù)合材料強(qiáng)度是一個(gè)世界性難題。雖然申請(qǐng)者創(chuàng)建的橋聯(lián)理論可準(zhǔn)確計(jì)算纖維和基體中的內(nèi)應(yīng)力，但復(fù)合材料極限承載能力的確定還取決于基體的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單向復(fù)合材料橫向強(qiáng)度遠(yuǎn)低于基體的原始強(qiáng)度，表明添加纖維后導(dǎo)致基體現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度大幅降低。本項(xiàng)目將研究確定在基體中添加纖維后引起的（橫向）應(yīng)力集中系數(shù)，基體的現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度則由其原始強(qiáng)度除以該應(yīng)力集中系數(shù)后得到。通過對(duì)不同成型工藝所制復(fù)合材料試樣的實(shí)驗(yàn)研究，揭示基體現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度與成型工藝的關(guān)系并完善應(yīng)力集中系數(shù)的定義；研究纖維和基體之間一些典型非理想界面對(duì)基體現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)度的影響；在目前僅限于纖維和基體兩相材料的橋聯(lián)模型基礎(chǔ)上，發(fā)展出應(yīng)用于三相（纖維-界面-基體）復(fù)合材料分析的更一般理論，為實(shí)現(xiàn)由原始纖維和基體性能及復(fù)合材料幾何參數(shù)計(jì)算復(fù)合材料極限承載能力的目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。