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。

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。

三维缝合复合材料性能研究

介绍三维缝合复合材料的制造方法及工艺参数对性能的影响,研究层间断裂韧性和冲击损伤容限。

变截面三维编织预制件的增减纱机制

从单元体角度分析了变截面三维编织预制件织造过程中增加或减少纱线的机制,讨论了单元数量减少法和单元尺寸缩减法2种具体实施方案的工艺、适用性和优缺点。采用数字摄影技术对预制件的表观结构进行了观测;采用拓扑方法对表面和内部减纱点处的纱线运动轨迹进行了分析,建立了纱线空间交织结构的几何模型。结果表明,采用2种减纱工艺制作的变截面预制件表面均无通透性孔洞缺陷,内部纱线倾斜方向无改变,倾斜角度稍有变化,整体结构不会出现明显应力集中,可以单独或联合使用制作变截面构件。

经纬向纤维体积比例对2.5D机织复合材料力学性能的影响

以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机织复合材料的经、纬向力学性能与该方向的纤维体积含量相关;当经纬向体积比例为1∶0.5时,复合材料表现出经、纬向均衡的力学性能;此外,还表明指数函数可以较好地拟合不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织复合材料的力学性能.

缝合连接三维编织复合材料弯曲破坏形式分析

试验设计了相同搭接长度、不同缝合密度的几组缝合连接三维编织复合材料试件。研究了三维编织预制件的连接形式（缝合搭接连接和未缝合搭接连接）对三维编织复合材料弯曲性能的影响，并与三维整体编织复合材料的弯曲性能进行了对比。试验结果表明，与未缝合搭接试件相比，缝合连接试件的弯曲强度提高了20％-50％，弯曲模量提高了5％-15％。说明在预制件连接上，缝合工艺具有明显的优势。缝合连接试件与三维整体编织试件相比，弯曲强度下降了30％～50％，弯曲模量下降了10％-30％。同时，讨论了这些试件弯曲的破坏形式。

损伤形式对三维编织复合材料细观结构和弯曲性能的影响

通过分析损伤前后三维编织复合材料细观结构的变化,建立了剩余纱线长度的计算公式。对损伤前后三维编织复合材料试件进行了三点弯曲实验,分析了材料弯曲强度和弯曲弹性模量的变化规律和失效形式。主要讨论了2种编织角和4种损伤方案,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、沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明,损伤前后的弯曲性能均随编织角的增大而减小;沿宽度方向切割对弯曲性能影响不明显,沿厚度方向切割对弯曲强度和模量影响较大,沿厚度和宽度同时切割的试件力学性能下降最大,接近60%。切割面受拉试件比切割面受压试件的弯曲性能降幅稍有增大。

针织复合材料的研究进展

介绍用于先进复合材料增强的现行针织工艺和针织复合材料的力学性能。

纺织结构复合材料的破坏机理

本文介绍纺织结构复合材料在剪切、压缩、拉伸和弯曲情况下的破坏机理 ,分析其特点和存在的问题 。

热密封件用三维编织物压缩性能试验研究

针对热密封件的使用特性,引入了新型三维编织结构热密封件。采用单向压缩和循环压缩方法,对三维四向、三维五向编织结构热密封件进行了室温压缩试验。试验结果表明,三维编织结构热密封件具有良好的可压缩性,在循环压缩时,表现出良好的压缩回弹性。在试验的基础上,分析了该类三维编织结构热密封件循环压缩峰值载荷和载荷保持率随编织工艺参数的变化规律。通过减少纱线细度或增大编织角,有利于提高材料的压缩性能。此外,三维五向编织结构热密封件的压缩回弹性能高于三维四向编织结构热密封件。

针织复合材料的力学性能

本文介绍了针织复合材料预型件的制造工艺：研究其面内和面外力学性能：并与机织复合材料进行了比较。

亚麻/聚丙烯复合材料的制备及拉伸、顶破性能

以亚麻纤维作为增强纤维,以聚丙烯纤维作为树脂基体,通过模压成型工艺方法,制备了绿色环保型亚麻/聚丙烯复合材料,主要研究了纤维长度、模压温度及保温时间对复合材料拉伸性能及顶破性能的影响.结果表明:模压温度对复合材料性能的影响最显著;当纤维长度为5 mm、模压温度为180℃、保温时间为40 min时,复合材料的拉伸性能最优;在纤维长度为5 mm、模压温度为170℃、保温时间为40 min时,复合材料的耐顶破性能最优.

异制件用三维编织复合材料的拉伸性能

通过对具有不同减纱结构参数的三维编织复合材料试件做纵向拉伸实验,分析了该类材料的拉伸性能随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。结果表明,纤维体积含量相同时,减纱使复合材料的强度有所降低,初始模量变化不大;减纱点缺陷对复合材料拉伸性能影响较小,试件断裂断面位置具有随机性;如出现一段纱线空缺对性能影响较大,试件大都在减纱截面断裂;如必须减纱才能完成制件的外形尺寸,应使减纱点在整个制件内均匀分布,每个截面的减纱数量不超过总数的10%。

立体编织石英纤维热密封环的气密性能

为研究立体编织物直接应用作为热密封材料的气密性能。结合实际使用工况,选用石英纤维制作了纤维体积含量为50%的三维四向、三维五向及二维包芯3种编织结构的环状热密封制件。采用泄露实验分别对其进行了气密性能测试,得到了3种编织物在不同压差和不同压缩率下的气体容积流量,并计算出3种编织物在各个阶段的气体渗透率。研究结果表明:3种密封环的气密性能均达到密封要求。其气体渗透率随压差的增加而逐渐增加,但随压缩率的增大而逐渐减小。在相同条件下,三维整体结构织物气密性能优于二维包芯织物,其平均气体渗透率是二维织物的35.5%,且三维四向编织结构热密封环在各个阶段的气体渗透率均为最小,气密性能最好。

纺织结构复合材料预型件的新进展

介绍了几种纺织结构复合材料预型件制作的新工艺及其应用 ,对今后的研究方向提出了看法。

编织结构玻璃长丝缝合线的打结强度

针对玻璃纤维丝束在纺织预制件或预浸料的缝合过程中易发生断裂的情况,设计了二维管状编织结构的玻璃纤维缝合线。采用Instron电子万能试验机对不同编织工艺参数的缝合线试样分别进行了loop结和knot结的拉伸强度测试,分析了拉伸断裂的机制和破坏模式。结果表明:编织结构玻璃长丝缝合线的打结强度和断裂伸长率明显高于玻璃丝束;花节长度是影响打结性能的主要因素;试样在试验过程中受剪切和拉力共同作用,经历伸直—受力—断裂几个阶段,试样断口基本平齐。

三维整体纺织结构复合材料的纤维体积含量分析

在复合材料的设计与制造中，纤维体积含量（Vf）是一个重要多数。本文论述了用不同纺织方法生产的预制件的几何模型从的推导公式及影响因素，为使用三维整体复合材料提供了理论基础。

三维编织隐层复合材料纵向模量的预测

在建立三维编织隐层复合材料代表性体积单元的基础上，通过改进经典层合板理论，推导出了复合材料的面内纵向模量预测公式．

三维编织复合材料缝合连接设计及破坏机制

针对三维编织复合材料的缝合连接设计问题,在研究制造工艺基础上,建立缝合连接的强度校核和参数设计公式,绘制连接部件的内力响应。对不同搭接长度和缝合密度的三维编织缝合连接复合材料试件进行拉伸试验,发现缝合连接接头主要发生3种形式的破坏:在搭接的一端或两端整体断裂;搭接缝合区分层断裂;缝合区中部分分层、部分整体断裂。机制分析表明,断裂模式主要受缝合参数的影响,也与内力分配和是否存在应力集中有关,实际应用中可以根据情况采用不同的连接形式。

三维编织石英纤维热密封材料气密性能研究

引入三维编织石英纤维织物作为热密封材料,对三维四向、三维五向编织结构热密封材料试样进行了不同压缩率下透气性能试验。分析了三维编织结构热密封材料气体渗透量随压缩率、压差及编织工艺参数的变化规律。结果表明,通过优化编织结构,有利于提高试样的气密性能;试样的平均气体渗透量受纤维体积含量影响,随压缩率的增大而降低;在压缩率为10%与20%时,纤维体积含量为50%的三维四向试样相比气密性能更好,平均气体渗透量分别为1.14×10^(-6)、9.29×10^(-7)kg/(s·mm);当压缩率增加到30%时,试样出现明显剪切变形和碎裂,试样失效。通过合理设计,三维编织石英纤维织物可满足密封材料气密性能要求。