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复合材料

复合材料（简称复合材料）是由两种或多种具有显著不同物理或化学性质的组成材料构成的工程材料，它们在最终结构中保持分离和独立。

复合材料（简称复合材料）是由两种或多种组成材料构成的工程材料，它们在宏观层面上保持分离和独立，同时形成一个单一组件。组成材料有两类：基体和增强材料。至少需要每种类型的一部分。基体材料包围和支撑增强材料，并保持它们之间的相对位置。增强材料赋予其特殊的机械和物理性能，以增强基体性能。协同作用产生单个组成材料无法获得的材料性能。由于可用的基体和增强材料种类繁多，设计潜力非常巨大。

最原始的复合材料是稻草和泥土，以砖的形式用于建筑建设。最先进的例子在航天器上以极端的条件正常运行。最显眼的应用以钢和集料增强水泥或沥青混凝土的形式铺设我们的道路。那些最接近我们个人卫生的复合材料构成了我们的淋浴间和浴缸，由玻璃纤维制成。固体表面、仿花岗岩和人造大理石水槽和台面被广泛用于改善我们的生活体验。

还有所谓的天然复合材料，如骨骼和木材。这两种材料都是由自然界的过程构建的，超出了本文的范围。工程复合材料必须成形。这涉及在组件生命周期开始时或接近开始时，在操纵基体性能的同时，战略性地放置增强材料，以实现熔合事件。根据最终产品的設計要求，使用了多种方法。影响方法的主要因素是所选基体和增强材料的性质。另一个重要因素是要生产的材料的总量。大量材料可以用来为快速和自动化的制造技术辩护高资本支出。少量生产则以较低的资本支出得到满足，但相应的速率较慢，劳动力和工具成本较高。

大多数商业生产的复合材料使用聚合物基体材料，通常称为树脂溶液。根据起始原料的不同，有多种不同的聚合物可用。有几个大的类别，每个类别都有许多变种。最常见的是聚酯、乙烯基酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯、PEEK 等。增强材料通常是纤维，但也常见的是磨碎的矿物。

复合材料的物理性能通常不是各向同性的。例如，复合材料面板的刚度通常取决于施加力的方向和/或力矩的方向。相反，各向同性材料无论施加力的方向和/或力矩的方向如何，都具有相同的刚度。各向同性材料的力/力矩与应变/曲率之间的关系可以用以下材料特性来描述：杨氏模量、剪切模量和泊松比，这些关系可以用相对简单的数学关系来描述。对于各向异性材料，它需要二阶张量的数学，并且可能需要高达 21 个材料特性常数。对于正交各向同性的特殊情况，杨氏模量、剪切模量和泊松比各具有三个不同的材料特性常数，总共 9 个材料特性常数来描述力/力矩与应变/曲率之间的关系。

纤维增强复合材料可以分为两大类，通常称为短纤维增强材料和连续纤维增强材料。连续增强材料通常构成层状或层压结构。

冲击、撞击、载荷或重复循环应力会导致层压板在两层之间的界面分离，这种情况被称为分层。单个纤维可以从基体中分离，例如纤维拔出。