复合材料力学性能习题（复合材料力学性能表征）

复合材料的基本性能

1、碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。

2、复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。

3、纤维增强材料在复合材料中的应用最为广泛，其用量也最大。这些材料以轻质、高强度和高模量著称。例如，碳纤维与环氧树脂复合材料在比强度和比模量方面远超钢和铝合金，同时还具备出色的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声和电绝缘等特性。

4、材料具有可设计性：复合材料可以通过选择不同的增强材料和基体材料，以及调整它们的比例和排列方式，来优化材料性能，满足特定应用需求。 比强度高：复合材料的比强度（强度与密度的比值）通常高于传统材料，如钢或铝，使其在轻量化的同时保持高强度。

5、优良的机械性能：金属复合材料往往具有较高的强度和硬度，同时保持良好的韧性。 良好的物理性能：一些金属复合材料具有优异的导热、导电性能，适用于多种工业应用。 提高的耐腐蚀性：非金属材料的加入可以提高金属的抗腐蚀能力，延长使用寿命。

激光熔覆制备316L/TiB2复合材料的组织与力学性能

陶瓷颗粒增强是提高316L金属基复合材料力学性能的有效途径。南京理工大学、中船黄埔文冲、潍柴动力团队采用激光熔覆增材制造技术，成功制备了TiB2增强316L不锈钢基复合材料，为316L基增强复合材料的制备提供了理论支持和工艺指导。研究使用商用316L粉末和TiB2粉末制备了316L/TiB2复合材料。

采用钛铁（含钛30%）、钼铁（含钼60%）、B4C、高镍铁基合金混合粉末，在Q235基体上熔覆一层耐磨涂层，制备出了TiB2，TiC、MoC以及B4C复合颗粒增强的Fe基熔覆层，表面成形较好，内部无夹渣、裂纹等缺陷。

张维平教授的科研成果不仅包括理论研究，还包括激光熔覆技术在金属陶瓷复合涂层、TiB2/Ni金属陶瓷复合涂层以及Fe基非晶合金涂层等实际应用的研究，这些工作对材料表面处理和性能提升有着重要贡献。

详细介绍了金属零件激光快速成型的原理，技术特点、系统组成及国外最新研究成果。我们建成了金属零件激光快速成型的专用系统，研究了663锡青铜及316L不锈钢的激光快速成型工艺及零件的组织性能，成功制备出具有一定复杂外形的零件，所制零件组织致密，力学性能与铸造及锻造退火态相当，显示出广阔的发展前景。

一部分Mo和Cr元素固溶于基体中，对熔覆层起到固溶强化的作用。 采用钛铁（含钛30%）、钼铁（含钼60%）、B4C、高镍铁基合金混合粉末，在Q235基体上熔覆一层耐磨涂层，制备出了TiB2，TiC、MoC以及B4C复合颗粒增强的Fe基熔覆层，表面成形较好，内部无夹渣、裂纹等缺陷。

我们建成了金属零件激光快速成型的专用系统，研究了663锡青铜及316L不锈钢的激光快速成型工艺及零件的组织性能，成功制备出具有一定复杂外形的零件，所制零件组织致密，力学性能与铸造及锻造退火态相当，显示出广阔的发展前景。

描述反映复合材料力学性能的特征值。

【答案】：①五个特征强度值：纵向抗拉强度，横向抗拉强度，纵向抗压强度，横向抗压强度，面内抗剪强度。②四个特征弹性常数：纵向弹性模量，横向弹性模量，主泊松比，切变模量。

材料力学性能中的指标。室温纵向抗剪特征值是材料力学性能中的一个指标，用于描述材料在室温下抵抗纵向抗剪力的能力。室温纵向抗剪特征值的意义在于评估材料的力学性能，并在工程设计和材料选用过程中提供参考。

钢筋分类：依据屈服强度特征值，钢筋分为300、33400、500等级，分别对应HPB、HRB、RRB、HRBF等级别。 力学性能标准：钢筋的力学性能应满足以下表格中的规定，其中牌号与公称直径的对应关系至关重要。 总伸长率要求：钢筋在达到最大力时，其总伸长率δgt应不小于5%。

承载力特征值的计算公式为fa=ψr.frk，其中fa为岩石地基承载力特征值，frk为岩石饱和单轴抗压强度标准值，ψr为折减系数。折减系数根据岩体完整程度、结构面的间距、宽度、产状和组合等因素确定。对于完整岩体，折减系数可取0.5；较完整岩体取0.2-0.5；较破碎岩体取0.1-0.2。

求解阶段，则根据所需解决的类型（运动学、动力学、静平衡或特征值分析等），选择合适的求解器进行数值运算与求解。市面上有多体动力学仿真软件供工程师使用，本文重点介绍四款主流软件：ADAMS、SAMCEF、RecurDyn与SIMPACK。