複合材料
對以體積分率40%單向放入玻璃纖維(楊氏模數72 GPa)的樹脂(楊氏模數3.0 GPa)複合材料,沿平行纖維方向拉伸。在彈性範圍內,負荷中由纖維承擔的比例最接近下列何者?
- A約40%
- B約94%
- C約6%
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正確答案:B. 約94%
平行纖維拉伸時纖維與樹脂的應變相等,因此各自承擔的力與體積分率和楊氏模數的乘積成正比。纖維的比例為 VfEf/(VfEf + VmEm) = 0.40 × 72 / (0.40 × 72 + 0.60 × 3.0) = 28.8/30.6 ≈ 0.94,約94%。約40% 是以為負荷與體積分率成正比的錯誤,忽略了楊氏模數的差異。約6% 是樹脂承擔的比例,與纖維弄混了。即使纖維的體積不到一半,負荷幾乎都由纖維支撐,因此纖維方向的強度與剛性幾乎由纖維的性質決定。