三维五向编织复合材料纵向性能的实验研究

通过对具有不同编织结构参数的三维五向编织复合材料试件的纵向拉伸和压缩实验,分析了该类材料的纵向拉、压刚度和强度随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式.三维五向编织复合材料在破坏前基本保持线弹性,纵向拉、压破坏具有脆性特征,拉伸模量和压缩模量比较接近,但拉伸强度远大于压缩强度.编织角和纤维体积含量对材料性能的影响显著,纱线粗细的影响不大.提高第五向纱线的比例,可提高材料的纵向性能.此外,研究中采用短标距薄板试件,以避免试件产生整体屈曲和端部纤维束开裂破坏.     

缝合连接三维编织复合材料拉伸性能试验研究

研究了多种缝合方向、 搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响 , 并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明: 缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比 ,拉伸强度下降了 25 %～50 % , 初始模量下降了 35 %～55 %; 搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大 , 拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征 , 当搭接长度与试件宽度的比值在 2. 5 左右时 , 试件的拉伸性能较好 ,与未缝合的三维整体编织试件相比 , 仅下降了 25 %; 相对而言 , 中密度缝合试件的拉伸性能最优 ; 缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。      

碳纤维三维编织复合材料的结构对拉伸和弯曲性能的影响

研究了碳纤维四步法三维四向、三维五向编织结构复合材料的拉伸和弯曲性能,以及结构参数-编织角的变化对其拉伸和弯曲性能的影响,并与层合复合材料作了对比性研究.结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,其拉伸强度可达810MPa、拉伸模量可达95.6GPa,弯曲强度可达829.03MPa、弯曲模量可达67.5GPa.同时,编织角和编织结构对复合材料性能有较大的影响.随着编织角的增大,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量均减小;三维五向结构的拉伸、弯曲强度和模量均高于四向结构;在纤维体积含量相近的情况下,通过对编织角的设计,可以设计三维编织复合材料的性能.     

三维编织复合材料面内刚度和强度性能研究

以修正的经典层合板理论为基础, 分析三维编织复合材料的力学性能。在单胞的长度方向积分和平均, 预测编织结构复合材料的有效弹性模量; 采用蔡-胡多项式失效准则, 得到三维编织复合材料的强度性能。另外, 进行编织结构复合材料的力学性能实验, 探讨纺织工艺参数, 如纤维编织角、横向编织角、轴向纱数与编织纱数之比、纤维体积含量等对力学性能的影响, 理论预报和试验结果进行对比, 发现该力学模型能较好地预报三维编织复合材料的刚度和强度性能。      

立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。      

基于碳纳米管的三维编织复合材料健康监测技术

分析了三维编织复合材料试件结构健康监测技术现状,结合三维编织复合材料编织工艺,提出了碳纳米管在三维编织复合材料试件健康监测方面的应用方法。结果说明碳纳米管应用于三维编织复合材料整体结构监测是可行的。碳纳米管传感器在三维编织复合材料试件结构健康监测中具有优异的应变传感特性,且嵌入的碳纳米管传感器对复合材料的力学性能影响不大。这为内置碳纳米管传感器应用于复合材料制件的健康检测提供了一种新的综合和分布式技术,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。     

损伤形式对三维编织复合材料拉压性能的影响

通过对损伤前后三维编织复合材料试件进行纵向拉伸和压缩实验, 分析了材料的拉、压刚度和强度的变化规律和失效形式。主要讨论了4 种损伤加工方案, 包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割及沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明, 宽度方向损伤对拉伸强度、模量和压缩强度影响不大, 压缩模量下降了20 %左右; 厚度方向损伤对纵向拉伸、压缩强度和模量影响较大。编织角20°时, 拉伸、压缩应力-应变曲线接近于线性, 试件的失效方式趋向于脆性破坏; 编织角35°时, 压缩应力-应变曲线表现出一定的非线性。      

三维编织复合材料力学性能的实验研究

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究，得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律。实验结果表明：三维编织复合材料具有良好的力学性能，而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响，这些结果为进一步研究复合材料的强度反作用失效问题奠定了实验基础。     

碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究

对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究; 对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型, 建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示: 单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右, 在70.0%应力水平的疲劳载荷下, 面内剪切刚度退化最大可达30%左右; 三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高; 随着疲劳循环加载数的增加, 三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。      

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。      

Effects of braiding angle on modal experimental analysis of three-dimensional and five-directional braided composites

In this paper, the experimental modal analysis of three dimensional (3D) and five (5)-directional braided composite cantilever beams with different braiding angle was conducted systematically with a simple testing system. Preforms were made by four-step 1 × 1 square integral braiding method. The first three order modes of composite specimens were derived, which are different with braiding angles. The experimental result and mechanism were discussed. Experimental observations and analytical predictions show that the natural frequency of specimens decreased and the damping ratio of specimens increased when the braiding angle increased. Furthermore, specimens with smaller braiding angle will be valuable for the better anti-exiting property, and have an opposite effect on dissipation of vibration energy. The comparison between the specimens with different braiding angles reveals that braiding angle is a crucial factor for the vibration performance design of 3D and 5-directional braided composites.     

LLDPE 的紫外辐照改性及增韧PA66

通过紫外辐照在线性低密度聚乙烯(LLDPE) 的分子链上引入C=O、C —O 和—OH 含氧基团, 其含量随辐照时间延长而增加。紫外辐照后, LLDPE 的晶型和晶面间距未发生变化, 但是其熔融温度和结晶度下降。与LLDPE/ 尼龙66 (PA66) 复合材料相比, 辐照LLDPE/ PA66 复合材料的分散性和相容性得到显著改善, 两相之间的界面粘结力明显提高。随辐照时间延长, 辐照LLDPE/ PA66 复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度提高, 在辐照24 h 时达到最高值, 分别比LLDPE/ PA66 复合材料提高了20 %、13 %和330 % , 辐照LLDPE 表现出较好的增韧作用。      

An experimental study on the effect of tow variations on compressive characteristics of plain weave carbon/epoxy composites under compressions

The effect of tow deformation on the static and fatigue characteristics of fabric composites under compression was investigated by experimental approach. Sheared specimens made of plain weave carbon/epoxy prepregs were prepared using a picture frame rig and the shear angles were 0°, 16°, 26°, 34°, 46°. To verify the effect of the tow variations of the fabric composites on compressive characteristics, the unidirectional composite specimens composed of the same fibre and matrix system with the same stacking sequences as the fabric composites were prepared for comparison. The static compressive test results showed that the static compressive strength of sheared fabric specimens was lower than that of the unidirectional specimens with the same stacking angle. On the other hand, the fatigue test results showed that fatigue life of sheared fabric specimens was higher than that of the unidirectional specimens for mild shear deformation cases. It was proved that these results were fully affected by the tow deformation caused by the shear deformation of the fabric specimens. The compression–compression fatigue behaviours of sheared fabric specimens were verified by appropriate unit-cell models.     

三维五向编织复合材料低速冲击及冲击后压缩性能实验研究

通过实验研究三维五向碳纤维/环氧树脂编织复合材料低速冲击及其冲击后压缩(CAI)性能。测试试件虽然有不同的编织角度,但承受相同的冲击能力。采用冲击后压缩测试表征不同编织结构的冲击后剩余力学性能。结果表明:编织角较大的试件由于其更紧密的空间结构,能承受更高的冲击载荷且冲击损伤区域更小。CAI强度和损伤机理主要取决于编织纤维束的轴向支撑。随着编织角的增加,CAI强度降低,材料的破坏模式也由横向断裂转变为剪切破坏。     

高应力重复加卸载下GFRP 筋与混凝土的粘结性能

对20 个GFRP 筋标准拔出试件进行了单调静力加载和高应力重复加卸载的粘结性能试验, 考察了粘结强度、加载端滑移量、粘结刚度及滞回耗能的变化规律。研究结果表明, GFRP 筋的粘结性能在等幅(Δτ=017τu ) 应力循环下表现不稳定, 在变应力幅重复加卸载下, 粘结强度衰减较为明显, 得到的包迹线和共同点曲线与单调静力加载τ s 曲线形状基本一致, 同一滑移量下共同点曲线上的粘结应力与包迹线上的粘结应力比值在0150～0. 75 变化。重复加卸载下GFRP 筋肋的损伤程度比单调静力加载下的情况更为严重, 混凝土界面没有发现劈裂裂纹。从滑移量、能量耗散和刚度衰减变化情况来看, 加载历史和损伤累积状态对这些变量的影响最为明显。      

三向编织玻璃/环氧复合材料刚度性能

通过实验研究了三向编织玻璃/环氧复合材料的刚度性能 , 并考虑编织角和试件宽度参数的影响 , 探讨了拉伸和压缩刚度性能的差异。实验结果表明 : 在同一纤维体积分数条件下 , 随着编织角的增大 , 试件的纵向弹性模量有所减小 , 泊松比 (在编织角约大于 35° 时) 也有所减小 ; 宽度为两倍和三倍单胞宽度的试件的刚度性能基本相同; 试件的纵向弹性模量和泊松比远大于横向弹性模量和泊松比; 拉伸和压缩时试件的弹性模量和泊松比基本接近 ; 在横向拉伸和压缩时试件的应力2应变曲线具有明显的非线性特征。实验结果为编织复合材料结构设计提供了数据参考。      

三维机织复合材料力学性能的各向异性

通过一系列的实验、分析, 客观地评价了4 种不同结构碳/ 环氧3D 层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量。实验结果表明: 三维机织角联锁复合材料属正交各向异性材料, 各个方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量曲线呈枫叶形, 具有明显的双主轴特性; 4 种不同结构复合材料的各向异性力学性能有差异, 经向力学性能以带衬经的角联锁结构为最佳, 而纬向力学性能以纬密大的角联锁结构为最佳; 三维机织角联锁复合材料具有很强的性能可设计性, 正确选择纤维原料、纤维细度、三维预制件的组织结构和各个纱线组分的排列密度, 即可达到预期的性能指标要求。      

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.