復合材料結構設計微觀力學實驗測量工具顯微鏡
在材料設計中隨著高強度、高模量纖維材料應用量的增加
，人們對復合材料與其成份．及兩者之間機械、物理性能的關
系引起了新的注意。研究性能之間的關系有助于分析采用非均
質材料的結構特性，也為改進材料的開發提供了指南。
整個結構設計過程由于材料設計階段的引入而有很大變化
。在初始設計階段．所考慮的材料常常涉及到仍然處于實驗階
段的材料．不能提供這些材料的性能數據。材料的初步選擇可
能依據分析手段所確定的材料性能參數。所使用的分析手段基
于對復合材料的表觀性能與其成份之間關系的研究結果。這種
研究常常被稱之為微觀力學，盡管這種研究實際上并不是在微
觀水平上進行的。
在了解復合材料總的或平均響應與其組成性能之間的關系
后．非均質復合材料可以用等效的、并且常常是各向異性的均
質材料來模擬。這一均質材料的性能就是復合材料的有效性能
．即復合材料內各狀態變量的平均值。當已確定單向復合材料
的有效性能值后．在設計過程的許多方面．這些材料可被處理
成均質各向異性材料。
纖維復合材料物理性能
單向纖維復合材料(UDC)是由埋置在基體中的同向連續纖維
所構成(圖1)．目前采用的纖維主要有玻璃纖維、碳纖維、石墨
纖維和硼纖維；典型的基體有高聚物(如環氧樹脂)、輕金屬(主
要是鋁合金類)。用試樣測出的UDC物理性能稱為有效性能。典
型的試樣為平板。有效物理性能是纖維和基體物理性能及其體
積分數的函數．甚或與纖維分布的統計因子也有關系。纖維通
常具有圓形橫截面．其直徑變化不大。UDC顯然是各向異性的．
因為沿纖維方向的性能與垂直于纖維方向的性能不相同。所涉
及的有效性能值包括彈性、熱膨脹系數、濕膨脹系數、靜、動
態粘彈性能、導熱率及濕擴散系數。
傳統的觀點．材料性能一般由實驗獲得．并匯編成手冊。
但這種方法不適于復合材料．其原因在于復合材料的多樣性。
有許多具有不同的各向異性性能的碳纖維和石墨纖維，也有許
多具有不同性能的基體。并且基體性能存在不同的環境效應。
由實驗確定全部有效各向異性性能參數是不可能的．必須發展
各種分析手段。依據纖維和基體性能、體積分數、纖維分布等
來確定這些性能值。實驗的任務在于檢驗這種分析手段的有效
性。這樣，材料性能是從結構力學觀點，而不是材料力學的觀
點來確定的。的確復合材料是一種復雜的結構．而不是經典定
義的材料。
