正交三向织物增强铝基复合材料的高温拉伸力学行为与失效机理

针对真空压力浸渗制备的正交三向织物增强铝基复合材料,采用实验与数值模拟方法研究了高温(400℃)下的准静态拉伸力学响应及损伤演化与失效行为;根据纱线微观组织和织物结构分别建立了微观和细观尺度代表性单胞,基于组分材料的温度相关的性能参数构建微观单胞有限元模型,计算获得不同温度下纱线的横向和轴向力学性能,进而采用包含基体、纱线、界面的细观单胞有限元模型分析了复合材料热应力和高温拉伸力学行为。结果表明:室温下复合材料存在与织物结构相关的非均匀分布的残余应力,纳米压痕法测得的残余应力与模拟值基本一致,高温状态下残余应力得到释放并使基体和纱线分别处于压应力和拉应力状态;复合材料的高温拉伸模量、极限强度和断裂应变的实验均值分别为107.1 GPa、657.1 MPa和0.78%,均匀化计算的高温拉伸曲线与实验曲线总体上吻合。拉伸初期纱线交织处的基体和界面首先发生损伤,捆绑纱弯曲部位出现局部失效,但复合材料表现出线弹性力学行为。随着拉伸应变增大,捆绑纱和纬纱先后发生断裂,且二者与基体之间的界面出现脱黏现象,拉伸曲线开始表现出非线性特征。拉伸后期经纱失效区域的扩展使得拉伸切线模量明显下降,经纱的轴向断裂最终导致复合材料失去承载能力。数值模拟和断口分析表明,纬纱和捆绑纱因横向开裂而形成较平整的断裂面,经纱轴向断裂后拔出长度参差不齐,其断口存在纤维拔出及其周围基体撕裂破坏的微观特征。

碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料制备及变形性能

碳纤维三向织物因其具有结构稳定、密度小和准各向同性特点,在空间展开装置具有良好应用前景。为研究碳纤维三向织物/热塑性聚氨酯(thermoplastic polyurethanes,TPU)柔性复合材料变形性能,通过热压法将TPU与碳纤维三向织物复合,结合金相显微镜与扫描电子显微镜进行观测,建立三向织物单胞模型,计算模型截面惯性矩,结果表明:纬向截面惯性矩大于经向的,三向织物纬纱方向更难变形;对碳纤维平纹织物与三向织物进行悬垂实验,结果表明:三向织物变形能力强于平纹织物,并且三向织物在悬垂时经向变形大于纬向,与模型截面惯性矩的计算结果一致;对碳纤维三向织物/TPU柔性复合材料在0°,15°和30°方向进行拉伸实验,分析3种角度不同应变阶段载荷曲线变化和极限载荷。

聚氨酯泡沫填充碳纤维三向织物复合材料薄壁管的吸能特性研究

本文对聚氨酯泡沫填充的碳纤维三向编织管进行吸能性能研究,采用准静态轴压的试验方法研究了三向编织管的破坏模式及不同经纬纱的叠层配比对复合管耐压性的影响,通过对压缩过程、经纬纱受力及破坏形貌的观察,分析经纬纱在吸能过程中的作用,并引入权重评价分析。结果发现:纬纱的增多可以显著提高总吸能与比吸能,但载荷效率明显下降;经纱增多可以提供横向束缚,且可以延长三向编织管的压缩行程,但比吸能有不同程度下降。不同经纬纱配比对交织点处破坏模式有着显著影响,其中C_(2)C_(2)与C_(3)C_(2)交织点几乎不参与压缩破坏;C_(2)C_(4)与C_(3)C_(4)参与破坏程度更高,且C_(3)C_(4)有着更为稳定的变形失效过程。

平面三向织物的结构与性能

作为一种性能独特的轻质高性能产业用布以及复合材料增强相,平面三向织物自问世以来便在发达国家得到广泛的研究和应用,而我国的相关研究却相对缺乏。针对这个问题,从平面三向织物的历史沿革、已有研究出发,总结分析了平面三向织物的织造原理、组织结构、性能特点和应用前景。为研发国防军工所需的高性能复合材料,结合平面三向织物在工程应用研究的价值与意义,提出了开展三向织物产品、性能及织造技术研究的建议。

平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能研究

研究了平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能,并与平纹织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能进行了对比,同时分析了试样形状(长方形和哑铃形)对织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸的影响。结果表明,平面三向织物增强橡胶复合材料在各个方向的拉伸断裂强度及断裂伸长率变化较小,表现出准各向同性,而平纹织物增强橡胶复合材料则表现为明显的各向异性;哑铃形试样更适合织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能测试。

平面三向织物复合材料增强体顶压性能有限元分析

借助绘图软件PRO/E构建用于研究顶压性能的平面三向织物、平纹织物和冲头的结构模型,并利用有限元软件ANSYS对其力学性能进行模拟分析。分别表征平面三向织物和平纹织物的形态变化、应力及应变分布情况,并研究平面三向织物相对平纹织物性能优势及织物的顶压破坏形式。结果表明:在同样载荷作用下同样面密度的平纹织物的形态位移变化是平面三向织物的2倍,平面三向织物抵抗顶压的能力好于平纹织物;在同样载荷作用下同样面密度平纹织物的最小顶压应力和应变均大于平面三向织物,表明平面三向织物分散载荷效果好于平纹织物。

平面三向织物及其增强橡胶复合材料的顶破性能研究

采用实验方法研究了平面三向织物(TWF)及其增强橡胶复合材料(TWFR)的顶破性能,探讨了冲头速度(100、300、500mm/min)和形状(圆锥形、半球形和圆柱形)对顶破性能的影响。同时对比分析了平纹织物(PWF)及其增强橡胶复合材料(PWFR)的顶破性能。结果表明,较钝的冲头产生较高的荷载位移斜率,较大的断裂载荷和较小的初始损伤位移;试样的破坏形态表明TWF显示出稳定的结构,并且在破裂后损伤不易扩展;随着冲头速度的增大,TWFR的载荷位移曲线斜率和破坏载荷均有所升高,但初始损伤位移减小;TWF的载荷位移曲线变化不明显。

平面三向织物增强橡胶复合材料撕裂性能研究

研究了平面三向织物及其增强橡胶复合材料的撕裂性能,分别对预切口平行于平面三向织物中某一组纱线和平行于平面三向织物中相邻两组纱线角平分线方向2种情况下的撕裂性能进行研究,并与平纹织物增强橡胶复合材料进行了对比。结果表明,平面三向织物及其增强橡胶复合材料的撕裂过程可分为初始阶段、预切口张开阶段和撕裂口扩展阶段等3个阶段,分别与撕裂载荷-位移曲线低模量区、高模量区和震荡区相对应;预切口与纱线平行时,平面三向织物及其增强橡胶复合材料具有较高的撕裂载荷和较大撕裂起始位置;相对于平纹织物,平面三向织物及其增强橡胶复合材料沿两种预切口撕裂载荷差异较小。

新一代三向织物及其复合材料

本文介绍国外碳纤维三向织物的发展，包括新一代碳纤维三向织物的制备、特点、性能及其在复合材料上的应用。

新一代三向织物及其复合材料

本文介绍国外碳纤维三向织物的发展 ,新一代碳纤维三向织物的制备、特点。

碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

选择不同纱线间距[即二经(纬)纱之间的中心距]尺寸的碳纤维三向织物,采用热压成型技术制备了碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料.研究了纱线间距及样品裁剪角度等对力学性能的影响,并与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的力学性能进行对比.结果表明,随着纱线间距尺寸从2 mm增加到6 mm,0°方向断裂强度从221.7 MPa下降到148.1 MPa,撕裂强力从1000 N下降到600 N;90°方向断裂强度从50.0 MPa下降到22.1 MPa,撕裂强力从330 N下降到100 N;顶破强力从424 N下降到216 N.这些力学性能的逐渐降低是单位面积的碳纤维增强体含量减少和织物的孔洞增大共同作用的结果.纱线间距为2 mm的碳纤维三向织物复合材料在0°(以纬纱为基准),30°,45°,60°和90°方向的断裂强度分别为221.7,48.5,44.3,227.7和50.0 MPa,即断裂强度在0°和60°方向大于在30°,45°及90°方向.由三向织物的编织原理可知,0°与60°方向完全相同,因此其断裂强度相似,且样品中有一组纱线与外加载荷平行,对形变破坏具有一定的约束作用,而30°,45°和90°方向样品中三组纱线所在的方向均和外加载荷存在一定的夹角,有效分散外加载荷的能力减弱.对比碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料与碳纤维二向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力和顶破强力发现,前者的综合性能明显优于后者,碳纤维三向织物/环氧树脂复合材料的断裂强度、撕裂强力、顶破强力分别为221.7 MPa,1000 N和424 N,三向织物的优势得到凸显,为后续制备多种类型的碳纤维三向织物复合材料及应用奠定了基础.

三向织物及其复合材料研究进展

简单介绍了三向织物及其复合材料,主要阐述国内外关于三向织物及其复合材料的结构、织造、性能以及模拟等方面的研究;对三向织物及其复合材料的力学性能进行分析和总结;归纳了三向织物及其复合材料的几何模型;提出三向织物及其复合材料的发展问题和研究趋势。

三向织物及其力学性能研究进展

现在对织物的结构和性能要求越来越高,一方面从原材料如纤维纱线的角度进行研究,另一方面对织物结构的研究也备受关注。三向织物(triaxial woven fabric,TWF)是一种各向异性差异得到改善的织物结构,其各向同性较强,力学性能较高。文章首先介绍了三向织物的结构,其次总结了三向结构织物在力学性能方面的应用进展,接着介绍了三向织物复合材料的性能特点,最后介绍了有限元模拟在分析织物和织物复合材料性能研究中的作用,并提出三向织物在未来的发展趋势。

碳纤维三向织物约束混凝土轴压力学性能研究

利用碳纤维平面三向织物对混凝土柱进行加固,通过对两种不同约束方案下混凝土的轴向压缩性能的研究。利用DIC技术对试样进行局部应变检测,进行了受力分析。结果表明:用三向织物约束混凝土柱具有明显的加固效果,三向织物的纬纱沿轴向约束混凝土的加固效果最好,约束比可达1.68;不同约束方式对应的破坏模式差异较大。根据三向织物各组纱线的应变变化规律,提出了相应的受力分析模型。

碳纤维三向织物复合材料研究现状与未来展望

以往的卫星天线,或者是高精度但小口径,或者是大口径但低精度;现在对二者兼有(既要大口径,同时还要高精度)的需求越来越普遍。传统的大口径天线多采用网状可展开形式,这种形式的天线在实现高精度方面往往会遇到一系列的问题,尤其在材料选择、结构设计、热控设计、制造调试时间、费用等方面,需要付出很高代价。利用具有面内各向同性性能的碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与合适的基体材料(例如硅橡胶)复合,制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器,是一种新型高精度可展开天线的实现方案。文章对TWF的结构特性及其在卫星天线上的应用,以及其力学性能的分析与测试等进行了综述;对三向织物复合材料的力学性能分析和在大型可展开反射器上的应用,做出了未来展望。

三向织物约束混凝土圆柱轴压性能研究

本文采用三向织物对混凝土圆柱进行加固,分别使用了纯碳纤维、纯玻璃纤维及碳玻混杂三向织物,测试了约束圆柱的轴压性能,并利用DIC应变检测和声发射检测手段,对压缩过程、试样破坏形式和纱线受力情况进行了分析。结果表明:三向织物加固混凝土柱在抗压强度和形变方面有明显提高,其中碳纤维加固混凝土圆柱强度提高了92.1%;玻璃纤维加固混凝土圆柱形变量提高了202%。通过对结果的对比分析,发现其中碳玻混杂三向织物约束混凝土在强度和形变方面都有较大提升,值得注意的是,经纱玻璃纤维、纬纱碳纤维的约束效果明显优于经纱碳纤维、纬纱玻璃纤维。研究结果为分析三向织物加固混凝土柱轴压性能提供了理论依据,对三向织物约束混凝土应用具有一定的参考价值。

UHMWPE/LLDPE复合材料层板低速冲击及冲击后压缩性能实验研究

采用落锤冲击装置及万能材料试验机分别对单向带、平纹织物、单层正交三向织物三种不同结构织物超高分子量聚乙烯(UHMWPE)/LLDPE复合材料层板进行低速冲击和冲击后压缩试验,获得了载荷-位移曲线,通过分析其冲击损伤模式,对比讨论了冲击后剩余压缩强度。结果表明:单层正交三向织物UHMWPE/LLDPE载荷-位移曲线圆滑,仅有塑性变形产生,同时吸收能量和冲击后剩余压缩强度值最大,具有优异的抗冲击能力。