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橡塑复合绝热材料及其力学问题

责任编辑:admin发表时间:2016-05-25 15:47:26
橡塑复合绝热材料及其力学问题
        复合材料力学是固体力学的一个新兴分支,它研究由两种或多种不同性能的材料,在宏观尺度上组成的多相固体材料,即复合材料的力学问题。复合材料具有明显的非均匀性和各向异性性质,这是复合材料力学的重要特点。   
 
    复合材料由增强物和基体组成,增强物起着承受载荷的主要作用,其几何形式有长纤维、短纤维和颗粒状物等多种;基体起着粘结、支持、保护增强物和传递应力的作用,常采用橡胶、石墨、树脂、金属和陶瓷等。  
 
    近代复合材料最重要的有两类:一类是纤维增强复合材料,主要是长纤维铺层复合材料,如玻璃钢;另一类是粒子增强复合材料,如建筑工程中广泛应用的混凝上。纤维增强复合材料是一种高功能材料,它在力学性能、物理性能和化学性能等方面都明显优于单一材料。  
 
    发展纤维增强复合材料是当前国际上极为重视的科学技术问题。现今在军用方面,飞机、火箭、导弹、人造卫星、舰艇、坦克、常规武器装备等,都已采用纤维增强复合材料;在民用方面,运输工具、建筑结构、机器和仪表部件、化工管道和容器、电子和核能工程结构,以至人体工程、医疗器械和体育用品等也逐渐开始使用这种复合材料。  
 
    复合材料力学的发展简史  
 
    在自然界中,存在着大量的复合材料,如竹子、木材、动物的肌肉和骨骼等。从力学的观点来看,天然复合材料结构往往是很理想的结构,它们为发展人工纤维增强复合材料提供了仿生学依据。  
 
    人类早已创制了有力学概念的复合材料。例如,古代中国人和犹太人用稻草或麦秸增强盖房用的泥砖;两千年前,中国制造了防腐蚀用的生漆衬布;由薄绸和漆粘结制成的中国漆器,也是近代纤维增强复合材料的雏形,它体现了重量轻、强度和刚度大的力学优点。 
 
    以混凝土为标志的近代复合材料是在一百多年前出现的。后来,原有的混凝土结构不能满足高层建筑的强度要求,建筑者转而使用钢筋混凝土结构,其中的钢筋提高了混凝土的抗拉强度,从而解决了建筑方面的大量问题。  
 
    20世纪初,为满足军用方面对材料力学性能的要求,人们开始研制新材料,并在20世纪40年代研制成功玻璃纤维增强复合材料(即玻璃钢)。它的出现丰富了复合材料的力学内容。50年代又出现了强度更高的碳纤维、硼纤维复合材料,复合材料的力学研究工作由此得到很大发展,并逐步形成了一门新兴的力学学科——复合材料力学。  
 
    为了克服碳纤维、硼纤维不耐高温和抗剪切能力差等缺点,近二十年来,人们又研制出金属基和陶瓷基的复合材料。华人在复合材料的研究中做出了很多贡献,但中国在复合材料力学研究方面的起步和水平晚于欧美十到十五年。  
 
    进入20世纪60年代后,复合材料力学发展的步伐加快了。1964年罗森提出了确定单向纤维增强复合材料纵向压缩强度的方法。1966年惠特尼和赖利提出了确定复合材料弹性常数的独立模型法。1968年,经蔡为仑和希尔的多年研究形成了蔡-希尔破坏准则;后于1971年又出现了张量形式的蔡-吴破坏准则。 
 
    1970年琼斯研究了一般的多向层板,并得到简单的精确解;1972年惠特尼用双重傅里叶级数,求解了扭转耦合刚度对各向异性层板的挠度、屈曲载荷和振动的影响问题,用这种方法求解的位移既满足自然边界条件,又能很快收敛到精确解;同年,夏米斯、汉森和塞拉菲尼研究了复合材料的抗冲击性能。另外,蔡为仑在单向层板非线性变形性能的分析方面,亚当斯在非弹性问题的细观力学理论方面,索哈佩里在复合材料粘弹性应力分析等都做了开创性的研究工作。  
 
    近年来,混杂复合材料力学性能的研究吸引了一些学者的注意力。林毅于1972年首先发现,混杂复合材料的应力-应变曲线的直线部分所对应的最大应变,已超过混杂复合材料中具有低延伸率的纤维的破坏应变。这一不易理解的现象,于1974年又被班塞尔等所发现,后人称之为“混杂效应”。

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