方法庫系統

[拼音]：fuhe cailiao lixue

[英文]：mechanics of composite material

研究複合材料在外力、環境(溼、熱)、時間等因素作用下的力學效能。它是複合材料和複合材料結構（構件）的設計、製造的基礎。現階段複合材料力學研究得比較多的是纖維複合材料。如用玻璃纖維、碳纖維等增強的塑料，碳纖維、硼纖維等增強的鋁等。

複合材料力學的研究可分為微觀力學和巨集觀力學。

微觀力學

也稱細觀力學，是從微觀角度研究複合材料組分之間的相互影響，以此預測複合材料的巨集觀力學效能，為材料的設計、製造提供依據。微觀力學分析物件是從複合材料中取出一個代表性的體積單元，它不能是通常的無限小的單元體，而是必須能夠代表複合材料的細觀結構，因而足以用它表徵複合材料的基本效能。如研究單向增強纖維複合材料的彈性時，最簡單的是取如圖所示的代表性體積單元。根據指定荷載及單元相應的邊界條件，用材料力學或彈性力學等方法求解邊值問題，以求出複合材料的彈性模量和強度。微觀力學考慮了各組分的含量、幾何形態及組分的力學性質，以期提供有實用價值的結果。

微觀力學研究單向增強的複合材料軸向壓縮強度時，採用纖維受壓曲屈而基體提供的橫向彈性支承的力學模型。在研究這種材料的軸向拉伸強度時，考慮到這時荷載主要由纖維承擔，部分纖維斷裂後，由於纖維與基體介面效能，基體屈服應力等不同情況，複合材料內部將出現多種可能的裂紋擴充套件形成，而呈現不同的強度。單向增強複合材料的軸向拉伸強度，取決於組分材料的力學性質、含量、纖維排列布置的幾何形態，纖維與基體間介面的效能等許多因素。用微觀力學研究複合材料強度的工作，目前還在深入進行中。

巨集觀力學

也稱粗觀力學，只考慮複合材料的平均表觀效能而不詳細討論各組分間的相互作用。如對纖維複合材料簡單層板，通常將其看成是均質各向異性體，通過實測或應用微觀力學得出它的巨集觀效能。由許多個這樣的單層粘合而成層合板，用結構力學方法分析層合板在荷載作用下拉伸、彎曲、振動、屈曲等問題。巨集觀力學中分析層合板的強度，是通過單層的破壞準則，結合層合板的層間應力及層間粘合效能，並計入加工成型(固化)中的變溫應力，逐步確定全板的破壞過程及最終破壞。

目前，在工程上普遍應用的簡單層板巨集觀強度理論有三種：

（1）蔡-希爾理論。把均質各向異性材料的廣義屈服條件應用到複合材料簡單層板。

（2）霍夫曼理論。是在蔡－希爾理論的基礎上考慮了複合材料拉壓強度不同的特性。

（3）蔡－吳張量理論。其破壞準則是應力張量的多項式。所有這些理論的破壞準則是以材料主方向的巨集觀拉伸、壓縮、剪下等巨集觀強度（基本強度）表達其中的引數而寫成的表示式。巨集觀強度理論沒有解釋材料破壞的微觀物理機理。

參考書目

上海玻璃鋼結構研究所：《玻璃鋼結構設計》，中國建築工業出版社，北京，1980。

R.瓊斯著，朱頤齡等譯：《複合材料力學》，上海科技出版社，上海，1981。(R.Jones，Mechanics of Composite Materials，McGraw-Hill，New York，1975.)

劉錫禮、王秉權：《複合材料力學基礎》，中國建築工業出版社，北京，1984。