三维编织复合材料的细观结构与力学性能

归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型,分析、比较各结构模型的优缺点,从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展,探讨了细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题,并展望今后的研究重点与发展方向。     

二维二轴编织铺层复合材料细观几何模型及拉伸模量的一种计算方法

建立了一套工程实用的二维二轴2×2编织结构的单层和多层的细观几何模型及拉伸模量的计算方法,分析复合材料的细观结构特征,考虑了编织纱束的实际横截面形态和屈曲起伏,还有实际编织工艺和成型固化,提出了单层和多层结构复合材料的细观几何模型,基于细观分析,建立了单层和多层二维二轴编织铺层复合材料等效力学模型和拉伸模量的计算方法,最终计算数值结果趋势上与实际情况一致,在具体数值上吻合度很好,表明该方法实际有效可行。结论表明,建立的细观几何模型能很好地表达单层和多层二维二轴2×2编织复合材料的结构特征,等效力学模型能够很好地反映复合材料的拉伸行为,建立的拉伸模量预测方法能够很好地导出拉伸模量。     

三维编织复合材料力学性能研究现状

对三维编织复合材料的力学性能研究现状进行了综述,研究内容大致归纳为细观结构特征研究、有限元仿真研究及实验研究。细观结构研究主要是研究单胞几何模型的建立和编织工艺与单胞结构模型的关系。有限元研究主要集中在利用有限元软件对细观结构模型进行力学分析、刚度强度性能预测。实验研究是运用实验的方法对材料的拉伸性能、弯曲性能及疲劳性能进行研究,并分析编织工艺参数和温度对其力学性能的影响。最后,对目前研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了展望。     

三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

动力有限元在三维编织复合材料弹道冲击性能研究中的应用

三维编织复合材料具有高的层间剪切强度,高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩展的能力。三维编织复合材料弹道性能的研究一般局限于实验观察阶段。本文运用数值计算方法对三维编织复合材料细观结构有限元模型进行弹道冲击性能研究,得出了合理的结果,说明了这种方法的有效性。     

二维编织复合材料管件力学性能研究进展

综述了近年来国内外对二维编织复合材料管件力学性能的研究成果及研究进展,主要包括力学性能实验研究、结构几何模型和数值仿真研究。在实验研究中介绍了二维编织复合材料管件的能量吸收性能及弹性性能,同时重点介绍了编织角及编织结构的变化对复合材料各种性能的影响的最新研究进展;在结构几何模型研究中,以细观结构、宏-细观结构模型研究为主,详细介绍了当前流行的建模方法;在数值仿真研究方面,介绍了研究人员根据二维编织成型原理以及纤维在复合材料中的取向建立的实体模型仿真分析。最后,总结当下研究中存在的问题,并对未来研究趋势进行展望。     

2．5维编织复合材料的细观结构与弹性性能

介绍2．5维编织工艺的概念,归纳3种较有代表性的细观结构几何模型并对比各结构模型的优缺点,从理论计算与数值模拟两方面总结2．5维编织复合材料弹性性能预测的研究成果,最后分析了几何结构及经、纬密等工艺参数对纤维体积分数（体积含量）与复合材料弹性性能的影响。     

2.5D编织复合材料弹性性能的分析和实验验证

研究2．5D编织细观结构,分析了其单元体模型,建立了2．5D编织复合材料弹性性能分析预报模型。研究了2．5D编织物的复合成型工艺,制作试件并通过实验值与理论预测值的对比,验证了该方法的正确性。     

三向编织复合材料拉伸强度研究

在细、宏观结合的基础上研究了三向编织复合材料的拉伸强度。首先,对实际编织结构进行恰当的几何简化;其次,建立材料的细观力学理论分析模型;最终,借助于商用有限元分析软件成功实现了编织复合材料的拉伸强度仿真分析。计算结果得到了试验的验证。在此基础上,研究了编织几何参数(编织角和轴向纤维束与编织向纤维束大小之比)对于编织复合材料拉伸强度性能的影响。分析方法对研究编织复合材料结构力学具有重要的参考价值。     

三维编织压电陶瓷基复合材料有效电弹性性能有限元分析

基于三维编织预制件的细观结构,建立了三维编织压电陶瓷基复合材料位移-电耦合场有限元模型,利用电弹性场体积平均思想和有限元方法研究了周期分布三维编织压电陶瓷基复合材料的有效电弹性性能。通过对代表性体积单元施加位移载荷和电载荷边界条件,预测了不同纤维体积分数下三维编织压电陶瓷基复合材料的有效弹性常数、压电常数和介电常数。计算结果表明,三维编织压电陶瓷基复合材料可显著改善压电陶瓷的整体力学性能,且保持了较好的电学性能。     

三维编织复合材料有效模量的计算

三维编织复合材料的模型是计算机辅助设计复合材料的基础，但是目前的研究还很不成熟。本文应用三维编织复合材料的单胞模型，应用有限元分析软件ANSYS模拟了三维编织复合材料的编织结构，并模拟了得到了复合材料拉伸时的位移场和应力场，并由ANSYS的应力和应变结果计算了复合材料的等效弹性模量。其计算结果与实验结果符合较好。     

三维编织复合材料的力学行为研究现状

关于三维编织复合材料的细观几何模型以及力学性能的研究进展进行了综述,着重阐述了近年来该研究领域的一些学术成果,其中包括三维编织复合材料力学性能的实验和理论研究.实验研究则多以测试各种编织参数和载荷对其力学性能参数的影响规律,而理论研究则侧重介绍细观结构力学模型.最后,总结了目前研究工作存在的问题,并对未来发展趋势做出展望.     

三维编织碳纤维复合材料剪切性能研究

本文采用短梁三点弯曲试验法,研究三维四向、五向编织碳纤维复合材料的剪切性能、剪切破坏过程及其破坏模式。结果表明:三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好;三维编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增加;切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近侧表面裂缝沿纱线走向分布,上下两表面发生弯曲破坏,离开侧表面2 mm后内部纵向截面上下表层发生弯曲破坏,其它部位未发生剪切破坏。     

超声评价碳/环氧三维编织复合材料的实验分析

 本文采用超声回波法对碳/环氧三维编织复合材料进行超声A 扫描,结合对超声定位的缺陷区域进行细观形 貌解剖分析,研究了超声回波波形和三维编织复合材料细观形貌特征的对应关系。在考虑碳纤维单丝分布及纤维束 和树脂界面状态的基础上,利用经验的波形分析法讨论了超声波在三维编织复合材料中的衰减。实验研究结果表明 ,超声回波特征和三维编织复合材料缺陷有对应关系,超声A 扫描波形特征分析可用于碳/环氧三维编织复合材料 的无损检测及其缺陷的初步评价。     

氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦磨损性能的影响

以己内酰胺单体和经氧化处理的碳纤维三维编织物(C3D)为原料,采用原位聚合方法制备了C3D增强浇铸尼龙(MC尼龙/C3D)复合材料。在磨损试验机上进行了滑动摩擦试验,采用扫描电子显微镜对磨痕和磨屑形貌进行观察和分析,研究了氧化处理对MC尼龙/C3D复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,C3D经过氧化处理后所制MC尼龙/C3D复合材料的摩擦系数明显小于C3D未经氧化处理的MC尼龙/C3D复合材料。随着载荷的增加,材料的摩擦系数增大,而磨损率减小;在较高滑动速度下,摩擦系数和磨损率均较小;从磨痕和磨屑形貌观察到,C3D经氧化处理后与基体结合好,而未经氧化处理的C3D与基体剥离,但是C3D经氧化处理的复合材料的磨损率在较高载荷下略有增大。表明,C3D的氧化处理提高了碳纤维与基体间的结合强度,同时在一定程度上提高了复合材料的摩擦学性能。     

三维编织PE-UHMW纤维增强PMMA复合材料的力学性能研究

采用真空浸渍法制备了三维编织超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW3D)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，重点研究了该复合材料的力学性能、纤维体积含量对复合材料力学性能的影响以及吸湿前后力学性能的对比。研究表明，PE-UHMW3D/PMMA复合材料具有较好的冲击强度。纤维经表面处理后，其弯曲强度、弯曲模量、横向和纵向剪切强度均有不同程度的提高，冲击强度略有下降。随着纤维体积含量的增加，横向剪切强度增加，纵向剪切和弯曲强度增加到一定程度反而下降。吸湿平衡后的力学性能有所下降。