在自然界中,存在著大量的復(fù)合材料,如竹子、木材、動物的肌肉和骨骼等。從力學(xué)的觀點來看,天然復(fù)合材料結(jié)構(gòu)往往是很理想的結(jié)構(gòu),它們?yōu)榘l(fā)展人工纖維增強復(fù)合材料提供了仿生學(xué)依據(jù)。
人類早已創(chuàng)制了有力學(xué)概念的復(fù)合材料。例如,古代中國人和猶太人用稻草或麥秸增強蓋房用的泥磚;兩千年前,中國制造了防腐蝕用的生漆襯布;由薄綢和漆粘結(jié)制成的中國漆器,也是近代纖維增強復(fù)合材料的雛形,它體現(xiàn)了重量輕、強度和剛度大的力學(xué)優(yōu)點。
以混凝土為標(biāo)志的近代復(fù)合材料是在一百多年前出現(xiàn)的。后來,原有的混凝土結(jié)構(gòu)不能滿足高層建筑的強度要求,建筑者轉(zhuǎn)而使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其中的鋼筋提高了混凝土的抗拉強度,從而解決了建筑方面的大量問題。
20世紀(jì)初,為滿足軍部方面對材料力學(xué)性能的要求,人們開始研制新材料,并在20世紀(jì)40年代研制成功玻璃纖維增強復(fù)合材料(即玻璃鋼)。它的出現(xiàn)豐富了復(fù)合材料的力學(xué)內(nèi)容。50年代又出現(xiàn)了強度更高的碳纖維、硼纖維復(fù)合材料,復(fù)合材料的力學(xué)研究工作由此得到很大發(fā)展,并逐步形成了一門新興的力學(xué)學(xué)科——復(fù)合材料力學(xué)。
為了克服碳纖維、硼纖維不耐高溫和抗剪切能力差等缺點,近二十年來,人們又研制出金屬基和陶瓷基的復(fù)合材料。華人在復(fù)合材料的研究中做出了很多貢獻,但中國在復(fù)合材料力學(xué)研究方面的起步和水平晚于歐美十到十五年。
進入20世紀(jì)60年代后,復(fù)合材料力學(xué)發(fā)展的步伐加快了。1964年羅森提出了確定單向纖維增強復(fù)合材料縱向壓縮強度的方法。1966年惠特尼和賴?yán)岢隽舜_定復(fù)合材料彈性常數(shù)的獨立模型法。1968年,經(jīng)蔡為侖和希爾的多年研究形成了蔡-希爾破壞準(zhǔn)則;后于1971年又出現(xiàn)了張量形式的蔡-吳破壞準(zhǔn)則。
1970年瓊斯研究了一般的多向?qū)影?,并得到簡單的解?/span>1972年惠特尼用雙重傅里葉級數(shù),求解了扭轉(zhuǎn)耦合剛度對各向異性層板的撓度、屈曲載荷和振動的影響問題,用這種方法求解的位移既滿足自然邊界條件,又能很快收斂到解;同年,夏米斯、漢森和塞拉菲尼研究了復(fù)合材料的抗沖擊性能。另外,蔡為侖在單向?qū)影宸蔷€性變形性能的分析方面,亞當(dāng)斯在非彈性問題的細(xì)觀力學(xué)理論方面,索哈佩里在復(fù)合材料粘彈性應(yīng)力分析等都做了開創(chuàng)性的研究工作。
近年來,混雜復(fù)合材料力學(xué)性能的研究吸引了一些學(xué)者的注意力。林毅于1972年首先發(fā)現(xiàn),混雜復(fù)合材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的直線部分所對應(yīng)的zui大應(yīng)變,已超過混雜復(fù)合材料中具有低延伸率的纖維的破壞應(yīng)變。這一不易理解的現(xiàn)象,于1974年又被班塞爾等所發(fā)現(xiàn),后人稱之為“混雜效應(yīng)”。
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