2模具设计要求
复合材料成型模具直接影响着产品的质量，在设计时应满足:①模具要有足够的刚度、强度，以保证模具型面基准不变;②热容量小，热膨胀小，热稳定性好;③加工精度高，表面光度高，模具自身协调性好;④施工便捷，操作安全可靠;重量轻，运输方便;⑤可维护性好，制造成本低;⑥具有良好气密性。根据复合材料U形梁的结构特点，在设计中需要解决以下技术难点:成型模具的结构形式如何保证构件的型面公差，如何满足脱模要求并解决U形梁的回弹问题。
3模具选材
3.1模具材料
复合材料成型模具用料要求热变形小、热膨胀系数小以及导热系数高，大多采用普通钢、INVAR钢、碳/环氧复合材料和铝合金。普通碳钢适用于型面曲率不大的模具，当产品批量生产、尺寸精度要求较高时，选择钢制模具最为经济、实用;铝合金适用于平板类、尺寸精度要求不高的模具;INVAR钢适用于结构复杂、曲率大、尺寸大的模具。不同模具材料对复合材料构件变形的影响主要体现在两个方面，一方面是不同的材料热导率会影响与其直接接触的复合材料构件固化温度场的分布，从而影响最终构件内残余应力的大小及分布，引起不同的构件变形;另一方面就是不同材料的热膨胀系数不同，模具与构件之间的相互作用程度不一样，因此导致构件的变形不同。在固化过程中，模具与复合材料构件之间的热膨胀系数不匹配会引起模具与构件接触处的层间应力，包括层间剪切应力和沿构件厚度方向的力，这主要是由于模具与构件在固化压力的作用下始终粘贴在一起，随着模具受热膨胀，靠近模具的构件层比远离模具的构件层受到的约束张力要大，因此沿构件厚度方向形成一定的应力梯度，在固化过程中这部分应力被“冻结”在构件中，在脱模以前都没有得到释放，固化完成后冷却至室温脱模，这部分应力将被释放，脱模后的复合材料构件必须通过变形来维持应力的平衡。
3.2模具型面补偿修正
模具设计时要考虑复合材料与模具热膨胀系数的差异，INVAR钢和复合材料模具受热膨胀的影响很小，可忽略不计;但对于普通碳钢和铝合金模具影响比较大，对于大尺寸的复合材料构件需要采取补偿措施，根据计算公式和生产经验。考虑到制造成本和构件精度要求，本文设计的模具选用Q235钢制造，根据上述公式计算缩尺KS为－0.65‰，结合生产经验和复合材料梁的结构形式，提取整个构件的理论型面并按适当缩尺进行缩小，模具设计时按照缩小后构件提取的型面作为模具的设计型面，以减小构件的变形或抵消变形的影响作用。
4模具结构设计
4.1模具回弹角的补偿
复合材料在热固化成型过程中由于材料本身的各向异性、铺层方向引起的力学性能差异、结构的不对称性和基体的固化收缩效应等因素，在构件内经应力梯度和温度梯度耦合作用导致固化时的内应力积聚，一部分应力在构件中以残余应力的形式长久存在，另一部分应力在构件脱模后释放，这两部分应力存在的形式共同导致回弹变形。对于梁、长桁类有大夹角的构件，固化成型过程中在拐角处的回弹变形会导致夹角变化，即构件在固化脱模后，夹角因收缩而小于模具角度，此差值为回弹角。这将给制件间的装配带来容差、超差等问题，翼梁缘条回弹使其外形偏离了设计要求而导致蒙皮与翼梁间螺栓连接装配孔错位，若对装配件进行强制装配将会引起残余应力、密封不好等问题，这样会降低结构的强度和疲劳寿命，甚至造成制件报废。在模具设计时，通过调整模具型面来补偿构件回弹，即构件夹角加上回弹角等于模具夹角，使构件在脱模回弹后符合工程数模要求。国内外专家学者都在积极研究复合材料结构固化变形的预测及控制方法。GFG公司在复合材料工形梁的成型模具设计时，考虑工形梁缘条的回弹，采用经验的方法在模具的缘条型面上加入修正值(约1°)以抵消构件回弹。国内贾丽杰等人针对复合材料典型C形结构的回弹变形进行研究，通过对回弹角的预测结果进行修正，确定C形梁回弹角度在1°左右。本文涉及的复合材料U形梁为闭角结构，成型模具设计时需要进行回弹补偿，结合以往生产经验和国内外学者的研究结果，在两侧缘条各设置1°回弹补偿角，提取补偿后的两侧缘条型面为模具的型面。
4.2模具结构形式
复合材料梁一般为细长结构，常用模具结构形式为阴模、阳模和阴阳模组合，分析构件是否有气动面、装配面、胶接面等，一般情况下可确定这些面为贴膜面。根据U形梁的结构特点，采用CATIAV5R18建模，模具为框架式阳模结构，采用Q235钢焊接制造，模具包括模胎、支撑框架(支板组件和框架)、盖板、工具球套。根据产品设计部门所提供的产品零件数模提取成型曲面作为模胎的理论型面，将该曲面偏移10mm切割实体，获得“Ω”型模胎;创建支板组件，输入单个支板尺寸创建实体并设计散热孔，通过阵列命令创建其他支板;框架为长方体结构，采用的方钢管为标准型材，根据彼此之间的位置约束关系通过阵列偏移命令进行设置。这种框架式模具结构厚度均匀，通风好，升温快，有利于模具各点温度均匀，可以减少模具在升温和降温过程中因各部位温度不一样而引起的模具变形。(1)模胎模胎是“Ω”型一体式结构，采用10mm等厚的钢板，在保证气密性前提下允许拼接焊接。在模胎上需要留有一定距离用于打真空袋，通常手工铺贴模具的余量区在100～200mm。模胎的型面轮廓度公差小于0.2mm，数控加工后按数模中模胎线数据集划线，深0.5mm、宽0.3mm，并在余量线外打出标记，所有划线位置的偏差不大于0.2mm。构件轮廓线用于非数控切边时使用，决定构件外形尺寸的精度，设计时应考虑模具材料的膨胀因素作适当缩放处理。铺贴线用于无激光投影时手工铺贴定位，以控制铺贴余量，防止由于铺贴不完全齐整、流胶、挡胶条等因素导致固化后产品边缘质量不高，通常铺贴线到产品轮廓线可留20mm余量。(2)支撑框架框架与支板组件主要起支撑作用，保证整个模具的强度和刚度。框架取消了传统的薄板格栅结构，采用方钢管焊接，具有成本低、加工周期短的优点，有效实现模具减重，又使得空气流在模具体上下表面任意流动，加热更均匀。在支板组件上设计散热孔，尽量在同一直线上保证成型过程中空气的流通性，有利于整个成型的复合材料构件温度均匀，保证成型产品的质量。同时在支板两端设计80×50×10mm的加强块，防止模具在吊装时沿长度方向产生变形。(3)盖板和工具球梁腹板平面处采用2mm铝盖板与阳模配套使用，使构件表面加热均匀，同时在抽真空的过程中传力均匀，保证构件外表面的平面度。工具球用于定位找正，在设计时要覆盖构件的最高点和最低点，长度方向间隔不超过1m。各工具球孔按数模制造，并在模胎上打出所有工具球实际坐标值及孔位序号，用于手动铺贴时放置激光投影的靶标，以定位铺层区域。(4)后续处理模具焊接完成后进行2～3次退火，消除焊接和机加应力，减少模具的变形;对模具型面进行激光测量，型面精度符合图纸要求;加工完毕做气密试验，保证模具气密性。
4.3工艺验证
在复合材料U形梁的热压罐成型工艺中，采用本文设计的成型模具进行铺叠成型，生产的复合材料构件易于脱模，表面光滑平整，型面公差符合要求，U形梁两侧缘条的角度变形控制在技术要求范围以内，满足了后续与壁板及其他组件的装配要求。
2高职复合材料专业毕业设计存在的问题
2.1学校方面
①毕业设计时间短，与就业实习时间有冲突。高职复合材料专业按人才培养方案将毕业设计安排在第五学期，共八周时间。但这段时间也正是毕业生找工作，签订就业协议的时间。很多学生一旦找到了合适的岗位后，便立即与用人单位签订合同，出去顶岗实习，例如12级专业就有20名左右学生与菲舍尔航空部件公司签订就业协议，提前进厂顶岗实习。学生不在学校，这给毕业设计指导带来了很多的阻碍，指导教师只能通过电话、短信、邮件等方式和学生进行联系，无法进行面对面指导与交流，论文指导效果非常不好。有些学生离校后更换手机号码，不主动和指导教师联系，造成教师根本无法联系上指导学生，更不要谈就论文进行定期指导了。
②开展毕业设计的实践条件不足。毕业设计的选题大致为复合材料成型与胶接两个方向，学校虽然有一定的复合材料的成型和胶接的实验实训条件，但由于场地小，设备缺乏，无法满足专业学生的毕业设计要求，因此学生的毕业设计完成大多是参考相关文献进行工艺设计，只是理论上的分析，不仅学生完成困难，而且没有具体的工艺实训过程操作，内容空洞。
2.2教师方面
①师资匮乏，教师指导压力大。指导教师相对于学生的数量严重不足，教师指导压力大，无法保证对每位学生毕业设计进行有效的指导。毕业生忙于就业和实习，对于毕业设计不上心，加之高职学生基础薄弱，专业论文撰写的能力不强，所以老师指导起来更是压力倍增。教师在指导毕业设计同时还要完成相对较多的教学任务，往往会精力分散，指导学生又多，导致指导效果不佳。
②选题理论化，部分与生产实践脱节。虽然专业教师均具备硕士学位，专业理论水平高，但多半缺乏企业工作经历，不能及时准确把握企业动态和职业岗位的需求，因此在毕业设计选题上很多老师多半采取由学生自主选择毕业设计课题或让学生参与自己的立项科研课题，而未考虑学生职业岗位的需求。因此选题理论化，与生产实际脱节。
2.3学生方面
①对于毕业设计积极性不高。在毕业设计期间，很多学生忙于找工作和提前进入企业实习，对于毕业设计积极性不高，得过且过。学生常常不能按时完成老师布置的毕业设计的选题和资料搜集任务，也不能参加老师定期的指导会议。对于后期的论文修改，也不能及时认真修改，很多学生都是随意修改下，就交上来，态度不认真。还有部分同学很难联系上，对于毕业设计任务置之不理。
②搜集、整理资料能力差。撰写毕业设计首先应搜集相关专业资料阅读，并进行分析和整理，随后才能开展毕业论文的撰写。但很多学生搜集网络资料的能力非常差，大多数学生只会使用简单常用的搜索引擎，对于相关论文数据库的使用和信息检索非常陌生。同时，学生资料整理能力也有限，只会将查到的资料东拼西凑、无序堆积，缺乏逻辑性和前后的连贯性。
③毕业设计撰写能力差。毕业设计的撰写指导教师只起引导作用，主要给出资料搜集任务和对论文的修改意见，论文主体是由学生完成。大多数学生撰写毕业设计能力较差，在撰写毕业设计茫然一片，不知道如何编排结构，如何进行分层分析，逻辑推理。只是对搜集到的相关资料进行拼凑，论文内容逻辑混乱，前后层次不明，不连贯，读起来一头雾水。有部分学生内容与题目基本没关系，论文格式更是五花八门，错误百出。
3提高毕业设计质量的途径
3.1调整毕业设计时间，提前布置毕业设计任务
条件允许的情况下，可以把毕业设计任务提前到第四个学期的期末，在学生参加暑期顶岗实习前，进行毕业设计工作动员和任务预分配工作。要求学生在顶岗实习期间，结合自己实习的相关工作拟定毕业设计课题范围，在相关专业岗位认真将其工艺流程、参数等进行详细记录的任务，并要求学生完成实习岗位工艺的相关科技文献查询任务，开学以书面报告形式上交给指导教师。这样为学生后续毕业设计完成积累了素材，完成毕业设计也会顺手很多。
3.2重视毕业设计选题，注重与生产实践相结合
毕业设计的选题应在理论深度上降低要求，注重其技能性和实用性。学生可在顶岗生产实习的过程中自主选择适合工作岗位的课题。由于学生所选课题紧贴工作岗位，有些甚至可能是单位急需解决的问题
，学生认真思考和亲手操作过，对于其中的工艺流程和质量管理过程非常熟悉，因此学生的积极性会提高，参与性较强，毕业设计质量会大幅提高。比如2010级部分暑期在西安航天复合材料研究所实习的同学，选择缠绕和模压等与其工作相关的成型工艺作为毕业设计选题，其毕业设计就完成的非常不错。
3.3专兼职指导教师合作，团队指导毕业设计
面对师资力量匮乏，有经验、有资历的指导教师人手不足的情况，我们应充分利用校外实训基地、顶岗实习单位的资源，采取激励制度，扩宽教师聘请的渠道，鼓励和吸引技术专家工程技术人员、技师等具有丰富实践经验的技术骨干到校担任毕业设计指导工作。这些技术人员与我们的专职教师组成团队，共同指导毕业设计工作，这样既缓解了指导教师短缺的矛盾，又弥补了校内指导教师在实践方面的不足。另外，部分提前就业实习的学生可自主选择所在就业实习单位具有高级职称的技术人员作为指导教师，这样在做毕业设计时，指导教师就在身边，可随时指导，提高其解决实际问题的能力，也会避免老师与学生沟通障碍的问题，大大提高毕业设计指导效率和毕业设计质量。
3.4加强对毕业设计过程的监管
学校和系部对学生的毕业设计环节应加强监督管理，定期抽查，体现对毕业设计环节的重视。教研室定期组织指导教师对学生的毕业设计情况进行检查并将各组检查情况上报教研室。定期召开会议对各组指导情况及检查中存在的问题进行探讨，并给出下一阶段指导工作的任务和具体要求。另外还可开展教师和学生的互评活动，要求教师根据学生的表现给学生打分作为最后毕业设计总评的一部分；学生也可以根据教师的指导情况给教师评分，作为对教师教学效果评价的一部分，这样给学生增加了压力，给教师增强了责任心。与此同时，要严把答辩关，对于审查教师和评阅教师共同认定合格的论文才能进行答辩，并要求每位同学必须现场答辩，答辩过程中，论文的质量和现场表现均要纳入到答辩成绩中。
3.5毕业设计考核评价过程化
将学生平时参加组内讨论会情况、资料搜集整理工作情况、论文进度汇报工作情况、论文质量、答辩表现情况均纳入毕业设计考核中，并根据相应的项目给出合理的分数。毕业设计的考评最大限度反映学生的专业知识和综合素质水平，也使毕业设计考核工作更加合理和公平化。
2木塑复合材料的设计属性
2.1外观属性
材料的外观属性通常包括形态、色彩、肌理等方面。木塑复合材料大部分是挤出成型的，因此可以制造出凹凸的肌理，使其富有特殊的装饰效果（图4），但大多数情况下只能呈现直线状态[4]。木塑型材的通孔设计（图5）一方面可以丰富木塑复合材料的形态特征，使其呈现多变的断面形态，同时可以减轻重量，从而节约成本。在木塑复合材料中加入着色剂[5]，不仅能使木塑制品显示出各种各样的色彩外观（图6），而且也可以改善其耐候性。随着对木塑复合材料的深入探究以及技术的突破，木塑产品表面还可以制成类似木材的纹理和色泽，营造温暖亲近的感觉。此外，木塑复合材料还可以覆盖塑料表层[6]，增加材料颜色的多样性和耐潮湿性。
2.2加工性能
目前，木塑复合材料的成型工艺主要有三种：挤出、热压和模压。挤出成型凭着工艺简单，而且加工周期短、效率高，与其他加工方法相比，更广泛地应用于工业化生产中。木塑复合材料采用的主要连接方式有以下三种：胶接、焊接和机械连接。机械连接有连接件连接、钢钉连接和复合材料专用螺钉连接，相关实验表明，螺钉连接的木塑构件可以进行多达十次的拆装[7]。
2.3其它性能
木塑复合材料同时具有耐磨、耐腐蚀、防水和尺寸稳定性好等优点。在制造过程中加入阻燃剂，可使木塑复合材料具有一定的阻燃性，因此，可将其应用在具防火要求的公共家具设计中。此外，木塑制品本身同时具有可回收性、良好的经济性和环保性。比如在北京奥运会的工程建设中[8]，就大量利用了这种环保的木塑复合材料（图7）。
3木塑公共家具设计实践
3.1木塑露天桌椅
在加工过程中添加了阻燃剂的木塑复合材料具有优良的阻燃性能，适用于公共场所。这里把木塑复合材料设计成长短不一的条状板，以点、线、面的概念，构成木塑露天桌椅（图8）。整套桌椅统一采用金属作为底架，条状木塑板作为面板材料，营造出空间环境的整体感。在材料上，木塑复合材料的凹凸肌理与金属的精致肌理形成对比，木塑复合材料的温暖感与金属的冷峻感形成视觉感受上的对比。同时，不同色彩的金属与木塑复合材料的组合也可呈现出不同的视觉效果（图9），为人们的公共场所营造出温暖、清新、自然的现代感。在结构上，零件之间采用可拆装的螺钉连接，既方便安装，又可以降低运输成本。另外，玻璃下层可置菜单或广告单（图10），便于现代商业化宣传。
3.2木塑书架
这款供图书馆使用的六层双柱双面木塑书架（图11），在外观造型上，立柱部分处理成深色，旁板和层板处理成浅色，进行深浅色彩搭配，以塑造书架的平衡感。立柱设计成四面均带凹槽的结构，用于旁板的嵌入，既方便使用时的安装，同时使凹凸肌理成为一种装饰。立柱顶部的装饰件采用模压技术制成，可标准化批量生产。在加工工艺上，书架的立柱、旁板和层板均采用挤出成型工艺进行生产，利用木塑复合材料的凹凸肌理完成立柱与旁板、旁板与搁板的搭接（图12），减少了五金连接件的使用。在功能上，结合人体工效学原理，考虑到旁板横向凹凸肌理的需要和挤出成型工艺中幅面的限制，将旁板设计成多段拼搭结构，根据书籍的尺寸大小，其凹凸肌理按照比例进行合理设计，利于层板的高度调节，方便图书馆中不同尺寸大小的图书摆放。此外，旁板的双面凹凸肌理设计，使相邻两书柜柜体共用同一块旁板，一方面可根据室内空间的大小对书架数量进行调整，满足其在功能上的延伸，同时可充分利用空间资源，有效降低生产成本。
3.3等候椅与花坛
据调查，生活中等候场所（如火车站候车厅）的候车椅大部分为金属材质，这种材质虽强度较高，但因候车场所一般人流量比较大，对家具的耐久性自然要求比较高，金属表面掉漆以及生锈等后期维护工作并不易进行。并且金属制等候椅常给人冰冷的视觉感受，其舒适性也有待提高。相比较而言，木塑复合材料继承了木材和塑料的双重性质，具有温和自然的视觉和触觉感受，且它的强度并不逊于金属。因此可将其运用于人流量比较大的公共场所，进行如下设计。这款木塑休息椅（图13）删繁就简，没有多余的装饰，造型简洁。等候椅底部为金属支架，椅面为木塑材料组成的等腰梯形。等腰梯形的座面设计是为了便于使用者根据空间大小来调节休息椅的长度（图14），利用等腰梯形的特性，休息椅的长度延伸可以更显自然。在色彩上，木塑复合材料在生产过程中通过增加着色剂可以造出各种色彩的产品，这款公共场所的休息椅正是运用这一特性，设计出彩虹般色彩的椅子，为等候场所增添几分色彩和乐趣。结构上采用螺钉连接。此外，设计的配套花坛（图15），既可以给等候场所带来几分自然的气息，还保护了座椅的端面。花坛的数量可根据场所需要自由调整（图16）。
1.2先进表面处理技术表面的技术处理是模具生产质量把控的重要环节之一，因为这关系着模具表层的成分及组织，它是模具性能的直接衡量指标，直接决定了模具的硬度、耐磨度及耐腐蚀性等，所以模具的表面处理必须受到足够的重视。现如今从生产上存在的表面处理技术概况来讲主要有以下几种：化学法、表层覆层法及激光法等。然而激光法就是目前数字化发展的典型代表，此方法现在被广泛应用在复合材料模具的生产加工中，发挥着重要的作用，它能够有效地处理模具表面存在的问题，实现规范模具标准，大大延长模具使用寿命。
1.3解决模具加工生产所面临的问题复合材料模具的生产加工环节必然会面临一些问题，比如在结构焊接过程中会出现残余变形和残余应力等问题，这个就必须采取合理的工艺措施并且选择科学的设计方案来预防问题的产生；加工精度和表面质量是比较关键也是技术难度系数比较高的环节，这个环节极易出现质量问题，这是由于多方面的因素共同导致的，所以在这个环节的每一步操作我们都需要谨慎，必要的话我们可以借用数字化检测设备对此环节进行严格的检测，预防问题的发生，提高产品质量。由于复合材料构件的不同类型及不同材质在生产过程中会产生不同的热膨胀系数，这也是会影响复合材料模具成型的质量因素，所以我们在挑选材料时，尽可能选择热膨胀系数相近的材料，这样可以有效地防止由于热膨胀系数不同而产生的质量问题。
2FRP复合材料在土木工程中的实践效果
2.1用于结构加固
我国对FRP加固技术的研究始于1997年，中冶建筑研究总院有限公司(国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心)于1997年10月进行了国内首批外贴碳纤维布加固梁试验。随后在短短几年中，外贴FRP片材加固技术已成为全国土木建筑行业研究和应用的热点，很快为市场所接受，而市场的扩大使材料的成本大幅下降，这为FRP材料在建筑中的应用发展提供了更大的可能，在我国已迅速发展成为建筑结构补强加固的主要技术。至2012年，国内从事FRP试验研究及技术开发的科研单位几十所，用于土木建筑行业中的碳纤维制品生产销售的厂家几十个，从事于碳纤维加固补强的专业公司上百个，已经形成了相当大的研发、生产、设计、应用的社会群体。目前FRP材料在土木建筑中的应用以加固钢筋混凝土结构为主，加固的形式又以外贴FRP片材为主，但FRP技术在砌体结构、钢结构、木结构中的应用，以及采用FRP筋材、网格材、预应力FRP片材加固技术的应用已有很多，新的应用形式、新的产品、新的规范规程的研究正在世界各地广泛开展。
2.2FRP筋在新建结构中代替钢筋
传统钢筋混凝土结构中配置非预应力和预应力钢筋，在处于恶劣环境条件时，如干湿交替、化学介质等作用下，极易引起钢筋的腐蚀，严重影响结构的耐久性和适用性，甚至导致结构承载能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘结性能与钢筋相差不多且抗拉强度高的FRP筋成为代替钢筋的一个较好选择。20世纪80年代初开始，FRP筋逐渐大量应用于有特殊性能要求的结构物中代替钢筋，如有磁共振医疗设备的建筑及海堤、工业厂房屋面板等受严重化学侵蚀的结构物中。1985年，美国SanAntonio医院大楼的MRI设备的桩、柱和梁中均采用了GFRP筋。1986年，SanAntonio的大学建筑中的边墙和钢筋混凝土梁中配置了GFRP筋。FRP筋的另一个应用对象是岩土工程，目前已用于因潮汐变化等干湿交替的挡土墙、地基锚杆及地铁沉井等工程中。
2.3FRP结构及组合结构
由于FRP材料具有高强、轻质、耐腐蚀等优点，FRP结构和FRP组合结构的应用也日益受到工程界的重视。
（1）早期试验性的FRP结构
20世纪60年代，英国已开始生产GFRP复合材料的屋盖结构，运往中东和北非建造使用，1968年一个采用GFRP夹心板与铝质骨架的圆顶结构建于利比亚Bengazhi；1972年阿联酋的Dubai国际机场，采用GFRP伞状屋顶。20世纪70年代及80年代初期，英国的一些建筑采用了GFRP作为除梁柱以外的承重或半承重构件。1974年，第一个全复合材料建筑在英国Lancashire落成，外形为三棱锥体组成的空间结构。早期的FRP结构，大多带有一定的试验性质，尚未在土木工程中形成规模。
（2）桥梁工程中的FRP结构构件
随着FRP生产技术和产品形式的迅速发展，FRP结构在桥梁工程中得到迅速发展。英国、瑞士、丹麦、日本、美国及中国等国家，均成功建造了一系列全FRP结构的人行天桥。同时，FRP结构也被应用于承受较大反复动载的公路桥梁中。1982年，我国在北京密云建成了一座跨径为20.7m的GFRP蜂窝箱梁公路桥。1994年，英国建造的BondMill桥采用GFRP拉挤型材组合而成，是一座可通过40t卡车的活动桥。1996年，美国堪萨斯州Russell架起了第一座采用FRP桥面板的公路桥。此后不到十年的时间里，采用FRP桥面板的中小型桥梁在美国已有数十座。FRP桥面板还被用于替换老化的混凝土桥面板。此外，FRP索还可替代钢索用于斜拉桥和悬索桥。
为了克服传统灌输式、填鸭式教学模式的弊端，积极响应教育部的高校本科生教学模式改革号召，专注于培养动手能力强、理论结合实践、高水平、综合素质的新世纪人才，许多高校的诸多专业课程都在进行教学模式改革。我校材料科学与工程专业为宽口径的大专业，主要培养无机非金属材料方向的毕业生。《复合材料》作为本专业的一门必修课，这门课程涵盖知识点很多，包括聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料等各个领域的基础知识、制备工艺和实际应用［1］。该课程对于扩大学生的专业知识面、提升学生的专业知识和实践技能具有重要的理论指导作用。针对目前该课程教学中存在的一些问题，本文提出了《复合材料》教学改革的一些方案和措施。
1课程的主要内容和培养目标
《复合材料》是材料科学与工程专业本科生的基础课、必修课，也是本科毕业生从事材料、复合材料等相关工作、科研、工程应用的必备课程。本课程主要讲授常见复合材料的分类、加工制备技术及应用背景，如聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和纳米复合材料等。在毕业设计、科研实践中掌握上述几种复合材料的制备及工艺技术，是材料类专业毕业生能够胜任本专业工作的基础和保障。这门课程的培养目标是理解复合材料的界面优化设计及界面作用机理，掌握复合材料的种类和制备工艺方法。了解复合材料界面及性能测试表征方法，学会分析材料研究和生产中的复合材料如金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料的成分、组织形貌和结构性能，并能够适当的调整配方或改进制备工艺最终实现目标所需的力学性能或特殊功能。
2教学中发现的问题
《复合材料》课程内容繁多，涉及三大类材料金属、无机非金属和聚合物的配方、加工、性能及应用，涉及到大量的增强材料、基体材料制备工艺参数和配方，使得学生难于寻找重点内容，学习起来很难抓住重点，接收效果差。另外，学生也不清晰自己将来所面对的就业方向。因此，很有必要让学生自己动手查阅感兴趣的复合材料及相关产品，增强对某一材料产品及其知名企业的了解。在加深对这门专业课的认识和理解的同时，知道自己感兴趣的行业和就业方向［2－3］。这门课程一般期末考试成绩权重大于80%，平时成绩占的比重很小。因此，学生缺乏主动的学习意识，学生对于琐碎繁杂的知识点理解起来也很吃力，上课时容易产生懈怠的情绪、玩手机、精神溜号等现象。多年的教学经验发现:学生期末时候考前突击，只会应付期末考试，只求分数不求甚解，学生对知识的掌握不扎实、不系统，影响后续课程的学习效果和专业技能的培养。学生虽然经过突击性理论学习，但是仍然缺乏专业的实践、应用能力，不能学以致用。学生往往考完试后再问就什么也答不上来，遇到一些实际应用问题也不能马上想起课本上的理论知识体系。这些现象的根本原因在于学生缺少对知识点所对应的实践、范例的了解。
3《复合材料》课程的教学改革措施
3.1以工业产品、科研信息为导向，加深学生对不同类型复合材料的深入理解
本课程涉及到金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料等理论方面的内容，理论较深奥、知识面广、内容概念复杂，学生在学习过程中会遇到许多问题。在教学中充分考虑到知识面的拓宽和不同复合材料应用之间的相互关系，注重产品应用开发为导向，对复合材料的理论配方、制备工艺、性能要求、开发新产品的思路等方面的进行强化，在保持课程系统性的前提下，对一些次要的偏理论的内容适当删减。着重对近期出现的新型复合材料在结构材料和功能材料领域的应用实例进行介绍。通过引入实际产品和工业化生产问题，促进学生深入理解每种复合材料的基础知识和应用前景［4］。将目前与课程有关的科研动态带入课堂，让课程有足够的吸引力。如讲述通过介绍阻燃电缆护套料配方及工艺让学生深入聚合物基复合材料的加工原理和应用场合;通过介绍现有的锂电池正极材料让学生了解碳基复合材料以及纳米复合材料的应用;还有近期Science、Nature等顶级期刊发表的最新纳米尺度金属的伪弹性、功能材料，碳纳米管、石墨烯的微观尺度研究及其在复合材料、功能材料中的最新应用。这些科研实例的讲解可以激发学生的科研热情，调动学生的学习积极性。
3.2以查找和阅读期刊文献为导向，培养学生的主动学习意识
每一章节都给学生布置一定数量的关键词、主题词，让学生去期刊网或外文电子资源网站查阅相关章节关键词的期刊论文或发明专利，填写文献资料统计表。每个学生都要在课堂讲解文献，学生需要提问互动。通过这种能力培养，加深学生对某一复合材料的了解同时，也锻炼学生的查阅文献能力、阅读能力和课堂表达能力，发挥互动、让更多同学参与到课题讨论中，从兴趣和讨论中掌握复杂的知识点。“学生讲，教师听”的这种新模式可以增加教学互动效果，课堂上适当增加学生汇报文献、专利的内容，可以增进师生的相互交流、相互影响。这种方法可以活跃课堂气氛，加深学生对所学知识的理解，激发学生的创新意识和独立思考能力，显著提高课程的教学效果。培养学生一丝不苟、精益求精的学习和科研精神。
3.3增加学生的课外实训环节，让学生到实验室动
手参与复合材料的设计和制作除了课堂教学以外，还可以以材料生产和应用中的实际问题出发，培养学生的动手实践能力和团队协作意识。增加学生的课外实训环节，培养学生从发现问题、提出问题到解决问题的能力，真正意义摆脱课本的死知识［5］。要求老师到实验室亲自指导，让学生到实验室亲自动手参与某些复合材料的设计制备，要求每组学生实践不少于7个工作日，自己动手完成一个小实验，在课堂上互相交流自己的所学、所做、所感，是如何将文献知识转化为直接的功能或结构材料并实现其应用价值。让学生亲手参与实验设计和制作可以提高学生的主动性，再次回到课堂后能够更深刻听讲，认识到课本上基础知识的重要性。逐渐培养学生从提出问题，到寻找解决问题思路，最终解决问题的能力。实训结束后最终以实验报告形式上交并考核。这种实训环节可以在培养学生的应用技能的同时，培养学生团队协作意识，激发学生的课外学习热情。加强学生对知识的理解，提高对课本知识的应用能力，避免“读死书、死读书”。
4《复合材料》课程的教改考核及预期效果
该课程在增加课堂文献讲解、答辩和课外实训环节后，期末考核时弱化期末考试成绩的比重，侧重上课过程中文献讲解、答辩和课外实训的考核，即增加平时成绩的权重。具体成绩比例可以调整如下:(1)期末考试分数:占考核总成绩的50%。(2)文献调研、讲解、讨论环节分数:每名学生不少于两次文献调研、讲解、讨论，共计占总成绩的30%，其中文献整理情况10%、课堂讲解10%和回答问题10%。加分条件:学生查阅参考文献可以查阅英文文献，考察学生对英文文献的理解，根据实际情况给予加分0.5～1分;课堂讲解文献后能够准确回答课堂老师或同学提出所有问题的学生得满分。(3)课外实训环节分数:两次实验占总成绩的20%，其中两次实训过程中的动手实验及实验报告各占10%。通过在《复合材料》课程教学中增加文献讲解和课外实训环节进行教改，改革后的保守目标是:100%学生能系统掌握查阅期刊文献和发明专利的方法，并且能够读懂科技论文的核心研究思想和理论内涵;90%的学生应能掌握课程重点知识，熟悉课本知识中的某种复合材料的制备方法和应用实例;20%学生能掌握英文期刊文献的查阅能力并且能够读懂英文文献含义，具备书写科研论文的基本素质和功底。上述比例都以学生总数为基数，各部分不互相独立，存在相互重叠。希望通过任课教师和学生的共同努力，最终实现由大学的应试教育到应用型人才培养的转变。
5结语
作为一门材料类专业本科生的必修课，《复合材料》对于增加学生的知识面和了解专业方向具有重要作用。因此，这门课程的学习效果影响毕业生的综合素质和专业技能。作者针对平时教学中的一些问题，如上课死气沉沉，学生玩手机，期末考试突击复习等现象提出了一系列教改方法，主要是增加课堂上的工业产品、科研信息吸引学生的兴趣，增加文献讲解、答辩环节和课后的实训环节来弱化期末考试成绩的权重，这样来督促学生主动学习并且能够活跃课堂互动，通过课外实训环节提高学生的实践技能和对基础知识的应用能力。通过教师和学生的共同努力实现由应试教育到应用型人才培养的转变，进一步提升毕业生的专业技能和综合素质。
参考文献
［1］周曦亚.复合材料［M］．北京:化学工业出版社，2005:1－225.
［2］马庆宇.复合材料概论课程教学改革初探［J］．石家庄职业技术学院学报，2011，23(4):53－55.
［3］杨继年，丁国新，王周锋，等．《复合材料概论》课程的教学设计与实践［J］．广州化工，2015，43(3):167－168.
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）01-0098-02
复合材料是材料科学与工程发展最为活跃的前沿领域之一，是国防和国民经济建设的关键高技术新材料。我国高校开设的本科复合材料与工程专业一般以聚合物基复合材料为主线，目标是培养具备复合材料与工程领域的基础理论、专业知识和实验技能，适应现代复合材料高科技化发展趋势，掌握复合材料设计与制备技术，能从事先进复合材料与结构的设计、制备、评价的高级专业技术人才。我国聚合物基复合材料工业发展迅猛，产销量居世界首位。但是相对于发达国家的研究和应用水平，还存在很大差距。因此，面对日益增加的技术需求与教学内容的大量更新，为适应现代教育培养的新形势，必须对复合材料与工程专业的人才培养进行全面研究与改革。济南大学复合材料与工程专业自1995年招收本科生，1999年获得硕士学位授予权。我校的人才培养教学实践和对其他高校的调研结果表明，复合材料与工程专业的课程体系中普遍存在四个方面的问题：①化学与力学知识薄弱，创新能力差；②专业面太窄，毕业生工作适应性差；③理论与实践环节脱节，学生解决实际工程能力弱；④没有很好体现办学特色。针对上述问题，如何根据当今复合材料的发展，开展先进的、科学可行的专业人才培养工作，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
一、加强有机化学、高分子知识的讲授
聚合物基复合材料的基体材料是有机物。有机化学是一门探讨有机分子结构性质、有机反应途径机理以及相关产物分离与结构鉴定的基础科学，是本专业一门重要的专业基础课。有机化学是聚合物合成的反应类型和反应机理的坚实基础。教学过程中应培养学生从有机化学的角度学习和设计聚合物合成的反应过程，提高学生学习高分子化学的效率，启发学生对聚合物设计的创新思维。高分子化学和高分子物理是本专业两门重要的专业技术基础课，既是理论学科，又是应用学科，涉及理论和实验教学两方面[1]。其专业理论性强，概念复杂，抽象难懂，聚合反应机理都是微观的，内容较难掌握，容易影响学生的学习兴趣。同时，教学内容与学时数减少的矛盾日益突出。为了提高学生学习的积极性和主观能动性，授课过程应结合复合材料常用聚合物基体材料，注重对各知识点进行重组和精练，不拘泥于教材内容的排序，兼顾聚合物基体最新的科技进展，做到重点突出，主次分明，紧密结合工程实践应用。
二、加强力学与结构设计知识的讲授
复合材料既是一种材料又是一种结构。复合材料的组分材料和纤维的铺设方向可以按照设计要求进行选择，即复合材料具有可设计性。复合材料的非均匀性和各向异性是复合材料力学的重要特点。与常规材料的力学理论相比，普通力学问题在复合材料力学中需要重新研究，以确定常规材料的力学理论、方法、公式的适用性与如何修正。对于复合材料的结构进行力学分析和设计计算必须以准确的复合材料力学性能数据为前提。随着复合材料的开发和应用，复合材料力学已形成独立的学科分支并蓬勃发展。
三、扩宽专业面，提高毕业生工作适应性
复合材料与工程专业涉及面广，内容多，如何根据社会的不同需要设置不同的专业教学知识体系十分重要，也非常困难。从毕业生就业和工作情况分析，应进一步扩宽学生知识面，提高其工作适应性。复合材料行业的发展，一方面分工越来越细，出现高度专业化趋势；另一方面技术复合程度越来越高，出现高度综合化趋势。因此，在专业课与选修课的设置上应充分考虑，使学生的专业知识、技能、工程素质与管理素质得到提高，工作的适应性增强。针对这种情况，我校对课程体系设置进行了改革，主干学科还是材料科学与工程，主要课程包括工程力学、物理化学、高分子化学及物理、材料科学基础、材料复合原理、复合材料学、复合材料聚合物基体、复合材料工艺与设备、复合材料结构设计基础、复合材料测试技术、现代材料测试技术。选修课的设置充分考虑扩宽知识面和就业，具体科目包括无机非金属材料工艺概论、新型建筑材料、工业仪表与工程测试、计算机辅助设计、试验设计与数据处理、金属材料概论、材料科学研究方法、建筑装饰材料、建筑装饰艺术设计等。
四、进一步加强实践实训环节，提高毕业生工程能力
复合材料与工程专业属工程技术型专业，应侧重对学生工程能力、推广应用能力的培养。复合材料工业一直持续快速发展，其发展速度远超过经济发展速度，并且没有任何减速的迹象。限制其发展的主要因素是不能提供足够的训练有素的工程师。针对这种情况，我们不断完善人才培养方案，重视实践教学环节，将教学实验、实习、科研实践相结合，将校内外实践教学相结合，增加开设了两周的综合性实验和一周的设计性实验。同时，与企业建立了多个复合材料教学实践基地，除了规定的认识实习、生产实习和毕业实习以外，再组织有兴趣的同学利用寒暑假在企业进行实地学习，并请企业参与专业建设和人才培养方案制定。定期邀请相关的专家报告他们的新产品开发研究，介绍行业新工艺与新设备。实践教学效果得到显著提高。
五、结合各校实际情况，体现学科的办学特色
各高校复合材料与工程专业的办学条件差异较大，应扬长避短，积累优势，形成自己的特色[2]。复合材料按照基体材料的分类可以分为聚合物基复合材料、无机非金属基复合材料、金属基复合材料。我校复合材料与工程专业在十多年的发展过程中，形成了自己的办学特色和科研方向，将专业教学与科研融为一体。结合我校传统无机非金属材料的基础优势，在课堂教学和实践教学中，将专业面从聚合物基复合材料拓宽到无机非金属基复合材料，并保持无机基复合材料的优势和特色。我校复合材料与工程专业于2009年被评为山东省品牌专业。实践表明，我们的特色办学促进了人才培养目标的实现，在提高人才培养质量方面发挥了独到的作用，也为学生就业扩宽了渠道，为山东省复合材料行业发展做出了贡献。总之，复合材料工程技术型专业人才的培养，应加强相关基础知识的讲授，扩宽学生知识面，努力提高学生工程能力和创新能力，着力解决学生工程能力弱的问题，使毕业生在复合材料生产、设计及研究开发等方面具有更快更高更强的工作适应性。
参考文献：
关键词：三元高分子；复合材料；结构性能
关于复合材料的相关论证和说明有很多，在《三元高分子复合材料结构与性能关系》一文中，对二元复合材料的结构和性能关系，进行了详细的论证，并提出了相应的计算公式，但它是否可以适应多元复合材料互不相溶的高分子结晶性复合结晶性体系当中，以及它的具体的式子等情况，还无从考证。所以，本文对三元复合材料结构与性能的关系，进行详细的分析和研究，并得出相应的论证结构，已验证这一关系式。所谓的三元即PTFE-Ekonol-（C）。
1相关原理
在对复合材料的性能和结构关系的研究当中，我们应该对二元复合材料内部的结构和性能之间的关系，进行深入的研究，并指出复合材料的内部关联，复合材料是由不同结晶物质所组成。根据这一情况，我们又提出了两组不相溶结晶性高分子复合材料的关系式，用来表明复合材料结构与性能所发生的一系列变化。
2实验情况
2.1式样的具体制备
（1）原料。PTFE：上海电化厂生产的超细度粉末；Ekono：过180目的合成粉末；C：过180目的化学纯粉末。
（2）制备的流程：混料—干燥—成型—烧结—试样。
2.2测定结构和性能
（1）差热分析，使用烧结之后的锯末进行分析，并采用CDR-1分析仪，进行测定。
（2）抗冲击强度，使用小型摆锤式冲击机在常温下进行测定。（3）磨损率，使用自制的简易仪器进行测定，滑动速度在45.3cm/s，负荷为16.358kg，常温下干磨80min左右。
3结论
3.1关于聚态结构的结论
由差热分析得出PTFE与各式样分析的结果。我们可以将DTA熔融谱线底部所对应的温度，当做是材料的熔点。通过对比分析发现，纯粹的PTFE的熔点与各试样相同，这也表明多元复合材料大多是多项体系，而且各组之间互相不溶合。
3.2耐磨性与其他性能
（1）磨损情况。根据各类数据的比对发现。填料的总含量已经高达36%左右，磨损的情况已经出现了最低值。
（2）抗冲击强度。通过对各类材料的抗冲击强度，进行研究发现，它是四组试样的强度和组成的关系，也具体表现为随填料总数的增加，而急速下降，并且在34%的地方，出现了一定的转折，然后缓慢的降低。
综上所述，三元复合材料力学性能变化的转折点，与构成的实验数值有着一致性，而且与基体树脂微晶体骨架发生变化时的构成一致。该类现象在二元当中得到证实，同样它也适用于三元体系。
参考文献
用插层复合的方法制备有机-无机纳米复合材料是近年来材料科学领域发展的热点，具有理论意义及应用前景.熔体插层是插层复合的一种重要复合方式，它可用传统的熔体共混技术制备纳米复合材料，方法简单，不需溶剂，易于工业化生产。
本文简述了不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的特点，介绍了插层法制备不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料的方法，展望了应用前景。
关键词：蒙脱土, 插层，纳米复合材料，不饱和聚酯
up/montmorillonite nanocomposites
abstract the kinetics of isothermal crystallization of up/montmorillonite nanocomposites with different content of montmorillonite prepared by melt intercalation process has been investigated by intercalation.it is shown that the presence of nanometer montmorillonite particles displays a high propensity to nucleate up crystallization,enhance the crystallization rate of up,reduce the surface free energies of the developing crystals and improve the behavior of isothermal crystallization of up dealt with the avrami and hoffman theories.the crystallization process of up is composed of two stages:the spherulite growth stage and the spherulite nucleation stage.with the increment of the clay content in the up/montmorillonite nanoconposites,the crystallization rate parameter k decreases and the surface free energy of theup crystals increases;the spherulite growth stage would become the main stage of the crystallization process in place of the spherulite nucleation stage.key words up, montmorillonite, intercalation, nanocomposites
目 录
摘 要
第一章 绪 论
第二章 纳 米 材 料
2.1 纳米材料的基本概念和性
2.1.1 纳米材料的主要研究内容
2.1.2 纳米材料的主要性质
2.2 纳米复合材料
2.2.1 纳米复合材料分类
2.2.2 纳米复合材料性能
2.2.3 纳米技术的突破点
2.2.4 高分子基纳米复合材料
第三章 不 饱 和 聚 酯
3.1 饱和聚酯复合物
3.2 不饱和聚酯的性能和应用
3.2.1 层压塑料与模压塑料
3.2.2 云母带黏合剂
3.2.3 油改性不饱和聚酯漆
3.2.4 无溶剂漆
第四章 蒙 脱 土
4.1 蒙脱土的结构及特性
4.2 插层法复合技术
4.3 插层法的优点
第五章 复 合 材 料 的 制 备
5.1 不饱和聚酯/蒙脱土纳米复合材料分析
5.2 部分实验
5.2.1 实验原料
5.2.2 实验步骤
5.2.3 复合机理
第六章 性 能 讨 论
6.1 插层法制复合材料优点
6.2 实验分析
6.3 数据及结果
结 论
中图分类号：TQ 316 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
导电高分子材料就是在高分子材料的基础上，根据使用的要求，加入了相应的导电体，经过多重技术的处理之后，使其具有了较高的导电能力。而由于这种材料在制造的过程中，使用对材料的要求不高，使用的技术加工手段简单，使用的生产成本较低，导电性能较好等原因，受到了社会各界的广泛重视。因此，为了使导电高分子复合材料在当前阶段中更好的应用，在当前的科学研究中，加强对其进行研究成为了必然趋势。
1导电高分子复合材料的导电理论
1.1 统计渗滤模型
在高分子复合材料的导电理论中，首先就是统计渗滤模型，这一模型通常是几何模型为基础上建立的，就是将复合材料中基本物质使用一定技术将其抽象化，使其存在一定形状的分散体系，然后根据一定的机理要求，将其进行重新的排列，使其重新组合成一个整体，使高分子材料中的基本物质成为了连续相，而加入的导电体材料根据其功能的不同，有些成为了连续相，有些成为了分散相，这些有效的分散相以及连续相，就在导电高分子复合材料中构造出了导电通道。在这一模型的基础上，对导电高分子复合材料的电阻率与导电体进行深层次的分析，在两者之间建立相应的联系。最具有代表性的就是在建立统计渗滤模型时，根据不同的需求，将基本物质抽象为形状、大小不同的球型、规则的多面体等，同时将导电体抽象成连续性的珠串等[1]。这种模型有效的将高分子材料的导电理论进行了阐述，但是其也具有一定的缺点，就是其只能使用在较为简单的复合材料中，复合材料中只能有一种基本物质以及导电体材料，对于具有多种基本物质或者导电体材料的复合材料时，虽然也能建立相应的模型，但得到的理论与实际之间会存在较大的差异。
1.2 热力学模型
随着统计渗滤模型的使用，人们逐渐的发现其有一些缺点，例如在构建模型时，往往忽略了基本物质与导电体之间的作用关系，使得到的结果具有一定的偏差，不满足当前社会发展的需求，在这种情况下，就研究出了热力学模型来对导电高分子复合材料导电理论进行了阐述，使结果得到了很大的改进。这一理论是以热力学原理的基础上建立的，在这项理论中，认为构建导电通道的过程中，导电体处于临界状态的体积与模型中多余的自由能具有一定的联系，当模型中多余的自由能达到一定的程度后，就会在模型的内部自动的构建出导电通道。并且，高分子材料中基本物质的熔融粘度较大，更好的阻止了平衡相的分离；导电体粒子的直径较小，更好的帮助平衡相分离。使用这种模型来对导电高分子复合材料进行阐述与实际更加接近[2]。
2 导电高分子复合材料的特殊效应理论
导电高分子材料的性能往往不是一成不变的，在特定的环境中，其性能也会逐渐的在变化着。例如一些导电高分子复合材料在拉力或压力的作用下，就会出现一些特别的效应，例如压敏效应、拉敏效应等，可以根据这些特殊的效应来对地导电高分子复合材料进行阐述。
在压敏、拉敏效应理论中，可以利用通道理论对其进行阐述。在不同的高分子材料，所中具有的临界范围不同，在压敏的情况下，材料中的导电体相对就不是很多，使得导电体的分布不是很好，无法直接构造出导电通道，如果在这时向复合材料施压，压力不是很高时，没有达到材料的最大临界值，复合材料仍然具有高阻态；当所施加的压力过高时，超过了最大临界值，就会使复合材料发生一定的形变，使其内部构建出了导电通道，从而使其具有了导电性。在拉敏的情况下，材料含有大量的导电体，其内部具有一定的导电通道，这时在对其使用拉力时，当垃圾过大，超过最大临界值时，复合材料就会发生形变，致使其全本具有的导电通道遭受了损坏，从而使复合材料不在具有导电性[3]。
3 导电高分子复合材料的应用以及发展趋势
3.1 导电高分子复合材料的应用
导电高分子的原材料一般为聚合物或者具有导电效果较强的填充物，随着科学技术的不断发展，目前已经成功研制出了具有良好导电性的高分子复合材料，且随着高分子复合材料的广泛应用，也增加了抗静电、电磁波屏蔽等功能，使得导电高分子材料获得了巨大的技术突破，目前，根据导电高分子材料的性能不同，可以将其分为半导体材料、高导电体材料、热敏导体材料等，其材料成分不仅有金属材料，如铜、铝等，同时也含有碳系聚合物，大大增加了导电高分子复合材料的稳定性，同时降低了制作成本。另外，由于导电高分子复合材料的优点，使得基于传统的工作方式有了极大程度的改善，如在开关元件生产过程，传统的导电材料的在开关中虽然能够保证电流的有效传输，但是金属材质会产生无用功率，同时导体过热还会引发安全事故，因此，在开关元件的生产中应用高分子复合材料，能够有效的保护用电安全，同时，利用高分子复合材料的热效应，能够制作出热敏传感器，提高能源的利用率，另外，导电高分子复合材料也在航电器的制作、煤电系统、建筑施工中有着广泛的应用[4]。
3.2 导电高分子复合材料的研究进展
由于高分子复合材料具有非常良好的应用前景，因此，我国重视并鼓励高分子复合材料研究的创新和发展，但是高分子复合材料具有较强的不稳定性，其性能容易受到制作工艺、制作环境等外在因素的影响，近年来，先进的导电理论指出寻研制能与复合材料稳定结合的导点模型是未来高分子复合材料的研究发展方向。随着科学技术的不断发展，目前已经得出复合体系的构建是建立导线模型的前提要素，利用拓扑学方法能够有效的对复合材料的参数进行测量，同时能够有效的观测出不同添加剂对导电高分子复合材料的影响。由于高分子复合材料必须具有实用性，因此，导电高分子复合材料的研究上也偏向于增加其稳定性、轻便型、降低制作工艺与成本，同时使导电高分子复合材料能够适应不同的温度及湿度，扩大导电高分子复合材料的应用范围，尽管在理论研究上存在诸多的困难，但是在应用方面已经取得了巨大的突破[5]。
4 总结
综上所述，在现阶段的发展中，导电高分子复合材料占据重要的作用，有效的对其进行使用，可以更好地促进社会的发展。并且随着不断对其进行研究，相关的理论知识已经得到了一定的发展，处在了一个瓶颈阶段，很难在使其继续发展。因此，在当前阶段对导电高分子复合材料进行研究时，就要向着应用方面进行研究，使其在实际中起到更大的作用，有效的促进我国社会的发展。
参考文献
[1]陆昶，胡小宁，赫玉欣等.特殊形态结构导电高分子复合材料的电学性能[J].材料研究学报，2012，07（01）：37.
[2]屈莹莹，赵帅国，代坤等.各向异性导电高分子复合材料的研究进展[J].塑料工业，2012，06（05）：22.
0引言
复合材料是由两种或两种以上组分材料组成的新材料, 根据不同的需要，可以选取不同的组分材料和细观结构来优化材料的性能，在航空航天、建筑、交通等领域得到越来越广的应用。为了预测复合材料的宏观力学属性，人们提出了许多的方法。早期主要以解析模型为主，如Eshelby等效夹杂法[1]、微分法[2]、Mori-Tanaka法[3]等，这些方法只考虑了复合材料结构的一些基本信息，而忽略了复合材料内部的结构特征，计算精度和适用范围有限。随着计算机技术的发展，数值法得到了广泛的应用，如通用元胞法[4-5]和有限元方法[6-8]，其方法通常是对复合材料细观结构的“代表性体积元”（RVE）进行力学分析，进而获得其宏、细观力学性能。数值法很好地考虑了复合材料细观结构特征，预测精度较高。
对于高填充比和填充颗粒尺寸跨度大的复合材料，如固体推进剂[9]，建模时为了使RVE具有代表性，模型中通常包含数百个颗粒，数值法预测这类材料的有效属性时前处理变得异常困难。毕业论文，有效属性。为了解决这一问题，B. Banerjee[10]利用一种递归算法预测了复合材料PBX9501的有效弹性属性，但是该算法所采用的正交化网格并不能很好的反映颗粒的边界。毕业论文，有效属性。K. Matous[11]在进行固体推进剂损伤分析时，通过Mori-Tanaka方法将基体与小尺寸颗粒均质化为一种混合物。毕业论文，有效属性。
本文将不同尺寸类型的颗粒分别与基体进行均质化，提出一种预测复合材料有效弹性模量的多步骤方法。利用多步法计算了不同填充分数和组分模量比复合材料的有效弹性属性，并与全尺寸有限元计算结果进行了对比。
1多步骤法
高填充分数和颗粒尺寸跨度大的复合材料细观结构RVE通常很大，如图1所示。多步法将预测有效弹性属性的过程分为几个步骤，首先将小颗粒与基体视为一种混合物，利用有限元或细观力学等均质化方法计算出其有效属性后，再把它当成一种新的基体，如此反复，直至计算出整个代表性体积元的有效属性，过程如图2所示。在每一步计算过程中，与基体相混合的颗粒种类越多，计算精度也越高，同时计算模型也越大。多步法计算过程中，参与混合的颗粒体积分数通过下式计算得到：
（1）
其中，为颗粒在“混合物”中的体积分数，，为参与均质化的颗粒和基体体积分数。
图1 复合材料“代表性体积元”
Fig .1 RVE of composite
图2 多步法预测复合材料宏观有效属性过程
Fig.2 Progression of propertyprediction of multi-step method for composite
2均质化方法
2.1有限元法
利用有限元方法预测复合材料有效属性时，首先在将“代表性体积单元”进行网格剖分，再施加周期性边界条件模拟均匀介质的力学行为。周期边界条件表示为
(2)
其中，为RVE的边长，，为施加于边界上的位移载荷。假定平面应变情况下，通过有限元方法计算得到的细观应力、应变场为和，对其进行体积平均得到平均应力（有效应力）和平均应变（有效应变）
（3）
（4）
其中，，为平均应力和平均应变，，为单元平均应力和单元平均应变，为单元数，为单元体积。则二维杨式模量和泊松比计算如下
（5）
（6）
三维杨式模量和泊松比可通过上式转化得到[12]
（7）
（8）
2.2 Mori-Tanaka方法
解析法中，由于Mori-Tanaka方法计算简单，同时在一定程度上考虑了复合材料中夹杂之间的相互作用，成为预测复合材料有效属性的有效工具，对于多相复合材料，其体积和剪切模量可表示为[13]
（9）
（10）
式中，，，，，,分别为体积模量和剪切模量，为体积分数，下标和0分别代表第相颗粒与基体, 为相的数目。杨式模量和泊松比为
（11）
（12）
由(9)-(10)可知，Mori-Tanaka法只考虑了颗粒体积分数，而忽视了复合材料中颗粒的形状、大小及分布等结构特征。
3计算结果
考虑三相颗粒增强复合材料，各组分为各向同性弹性材料，具体组成及力学参数如表1所示。计算中，颗粒体积分数为40％～70％, 颗粒1与颗粒2之间的体积比为1:1.8。迭代法预测该复合材料的有效弹性模量分两个步骤，每一步分别用有元法（FEM）或Mori-Tanaka（MT）方法计算，计算结果与全尺寸RVE的有限元和Mori-Tanaka计算结果进行对比，全尺寸模型颗粒总数为90，每个单步中颗粒数为50。毕业论文，有效属性。四种多
步法与全尺寸有限元计算结果如图3所示
表1 复合材料组分参数
Tab.1 Parameters of composite constituents
