三维异型纺织复合材料的预制体织造技术及材料力学性能研究进展

近年来,三维纺织复合材料因其整体性能优异、结构丰富和净成形等特点,被广泛地应用于国防重大工程领域。其中,三维异型纺织复合材料理论研究仍远落后于应用。从三维异型纺织复合材料构件的应用出发,根据各种构件的典型特征分类归纳了三维异型纺织结构件的应用现状,总结了三维异型纺织复合材料预制体的主要织造工艺和织造装备的发展现状,并从不同的层级分析国内外对三维异型纺织复合材料的力学性能、细观结构建模、数值模拟等方面的研究进展,提出了三维异型纺织复合材料研究面临的关键问题,以期为三维异型纺织复合材料在未来的应用提供支撑。

C/C三维纺织复合材料细观结构及力学性能研究进展

C/C三维纺织复合材料因其可设计性强、力学性能优异和耐高温等特点而被广泛地应用于航空航天、轨道交通和光伏热场等高温端部件。然而,C/C三维纺织复合材料内部纱线结构复杂且孔隙率高,呈现出高度各向异性和非均匀性,这些因素都会给力学性能及损伤机制揭示带来巨大困难。因此,本工作从实际应用出发,围绕C/C三维纺织复合材料,从细观重构、力学性能表征和数值模拟三个方面阐述近几年的国内外研究现状,并在此基础上重点对C/C三维纺织复合材料结构功能一体化制备、深度学习模型的发掘和高温实验环境下渐进损伤实验平台的搭建做出了展望。

异型截面三维编织复合材料细观结构分析

阐述了异型截面三维编织物编织的基本原理,以“口”字型截面为例,系统地分析了携纱器在机器底盘上的运动规律以及纱线在面内和空间的交织运动规律.采用控制体积单元法建立了异型截面三维编织复合材料中除普通方型三维编织复合材料所具有的内胞、面胞和角胞外,在矩形与矩形相连区域的相连内部单胞、相连表面单胞和相连角单胞模型.这些单胞模型的表面与预制件的表面平行,有利于今后的力学性能分析.此外,在假设纱线具有椭圆形横截面的基础上,推导了编织工艺参数之间的数学关系,为进一步分析异型截面三维编织复合材料的力学性能奠定了基础.

三维编织和角联锁复合材料的高速冲击响应

为了探究三维纺织结构复合材料高速冲击下应变率效应和结构效应,制备了碳纤维增强三维编织和三维角联锁复合材料,采用霍普金森压杆(SHPB)系统和高速摄影系统记录了三维编织和三维角联锁复合材料在高速冲击过程中应力应变曲线和渐进损伤过程。结果表明:编织和角联锁复合材料在高速冲击下都具有一定的应变率效应,并且都呈现剪切损伤,但编织复合材料呈现明显延性损伤而角联锁复合材料呈现明显脆性损伤。由于编织复合材料内部纤维束交织紧密,损伤后仍能承受一定载荷并且结构也能保持完整性,因此相较于三维角联锁复合材料,三维编织复合材料具有更好的抗冲击性能。

三维纺织复合材料的发展和应用

本文介绍了三维机织、编织、缝合与针织增强复合材料最近的研究和应用 ,指出妨碍广泛使用的技术和经济上的问题。

三维纺织复合材料

三维纺织复合材料是新型的具有优良性能的复合材料,它从根本上解决了层压和铺层复合材料存在的分层问题。着重介绍了三维纺织复合材料的发展现状与基本性能。

三维纺织复合材料增强体结构和树脂复合固化技术

文章主要讨论了三维纺织预制件,包括:机织、针织、编织和缝合三维织物在结构上的特点。由于在三维纺织复合材料中,纤维在三维空间中相互交织和交叉,形成了一个不分层的整体结构,所以它和层合复合材料相比,具有优良的层间性能和其它力学性能,可制作第一承力结构件和高功能制件。文章还介绍了树脂基三维纺织复合材料的复合固化技术,包括树脂传递模塑技术和树脂膜融渗技术。通过文章,说明了三维纺织复合材料具有广泛的应用前景。

三维纺织复合材料和铝中冲击应力波传播与能量吸收(英文)

比较两种三维纺织结构复合材料(三维针织间隔织物和三维正交机织物复合材料)圆板和铝圆板间的冲击行为,讨论三维纺织结构复合材料和均质各向同性材料间的冲击损伤机理.用不同冲击速度下复合材料和铝的载荷位移曲线分析冲击加载下应力波在材料中的传播,同时与有限元计算结果作对比分析.发现复合材料有纤维束断裂、基体开裂以及复杂的应力波传播现象,而铝只表现出弹塑性变形.

三维纺织复合材料的制造技术和力学性能研究现状

首先介绍了三维纺织复合材料的应用现况 ,然后对四种三维纺织预制件的生产技术———机织法、编织法、针织法和无交织制造方法 ,作了简单的介绍。文章最后还简单评述了对三维纺织复合材料力学性能的研究现况。

三维纺织复合材料的性能研究及应用

本文通过对三维纺织复合材料成品进行拉伸、弯曲等方面的测试研究,得出了三维纺织复合材料在力学方面的性能特点。同时介绍了三维纺织复合材料在航空航天、船舶、机动车辆、体育用品和纺织等领域的应用,揭示了三维纺织复合材料具有很大的开发潜力和巨大的发展空间。

纺织结构复合材料三维模型设计

根据纺织复合材料结构和工艺的特点,考虑到空间纤维束的相互纽结和紧密挤压而造成的纤维束的弯曲和截面变形,建立了机织和编织三维实体几何模型和工艺过程的动画模拟。所建模型与通过切片制作、数据采集和处理的图像进行比较并修正,取得了较为合理的纤维束中心线拟合效果。为纺织结构复合材料的有效弹性性能预报和RTM工艺模拟仿真奠定了模型基础。

三维纺织复合材料的结构特点和应用

本文主要讨论了三维纺织预制件及其复合材料的结构特点。由于三维纺织复合材料的纤维在三维空间相互交织和交叉 ,形成了一个不分层的整体结构 ,所以它和层合复合材料相比具有优良的层间性能和其他力学性能 ,可制作第一承力结构件和高功能制件。本文还介绍了树脂基三维纺织复合材料的复合固化技术以及三维纺织复合材料的一些应用 ,说明它具有广泛的应用前景。

三维五向编织复合材料的细观结构分析

针对三维五向编织复合材料的优异性能与其细观结构的密切关系,在分析三维五向编织物纱线的运动规律的基础上,建立了三维五向编织结构的单胞模型,并推导了有关参数之间的数学关系,计算了纤维体积含量.实验数据和理论预测吻合较好.

三维四向编织复合材料刚度的细观力学设计

为了实现工程应用中三维编织复合材料的灵活设计,合理优化纤维束结构参数使得三维编织复合材料宏观刚度达到要求。基于非连续介质力学方法建立桁架结构单胞模型,采用有限元法预估复合材料的有效弹性模量,以材料质量最轻和刚度要求为目标,选用遗传算法优化细观结构参数。对纱线线密度和编织节距长度的优化结果验证,实验表明,桁架单胞模型结合遗传算法可以为满足弹性性能要求的三维编织复合材料快速地找到最优的细观结构参数。

三维机织复合材料力学性能研究进展

对近年来关于三维机织复合材料力学性能的研究作了综述和归纳．研究表明，三维机织复合材料的力学性能不仅取决于纤维和基体的性能，而且与三维增强结构形式密切相关．通过对三维机织增强结构的研究，获得了机织复合材料的细观结构和主要力学特征的关系，强调了增强纤维束轴向几何特征和截面形状对材料细观结构的重要影响．试验研究集中于观测机织复合材料的破坏模式，以分析三维机织结构对阻止损伤微裂纹扩展的贡献．理论分析方面较为成熟的研究是三维机织复合材料线弹性力学性能，其研究基础是层板理论模型、取向平均模型和有限元分析模型．而对强度及损伤方面的研究还有待于进一步的工作．本文对当前研究工作中的关键问题进行分析，并就今后的研究工作发表一些看法．

三维编织体复合材料空间几何结构的计算机模拟

针对四步方形编织结构,从三维编织工艺和实际的编织过程出发,提出一种单元几何模型,并通过计算机图形建模建立织物的空间几何数学模型,解决了三维编织复合材料内部编织结构分析困难的问题。该模型以携纱器循环一周返回到起始位置所形成的纱线编织结构作为单元,系统分析编织过程中纱线的空间运动规律,保证纤维束的连续性和材料整体结构的完整性。对每根纱线,选取它在编织体各个区域内合适的控制点,过这些控制点拟合成三次样条曲线,以此模拟纱线的空间结构中心线,从而能够方便直观地观察到各纱线具体走向。最后得到纱线和编织体的结构,从而便于下一步进行编织体复合材料力学性能的有限元分析。

三维四步编织复合材料单元胞体几何模型

概述了三维四步 (1× 1 )编织复合材料几何模型的研究进展 ,分析了三维四步正规编织过程中纤维束的运动路径及交织方式 ,提出了一种三维实体单元胞体几何模型 ,研究了三维编织复合材料单元胞体的几何性 ,并讨论了纤维束的挤压条件 .和传统的几何模型比较 ,该模型体现了纤维束的连续性 ,使得各单元胞体之间合理地组装 。

三维编织复合材料预制件表面编织角的检测与不匀分析研究

本文介绍了三维编织复合材料预制件表面编织角的检测与不匀分析的基本原理。该系统 以ＣＣＤ为传感器，与微型计算机连接，进行三维编织复合材料预制件表面编织角的检测，并对其进行不 匀分析。本系统为改善三维编织复合材料预制件的加工工艺具有指导作用，同时本系统为纺织复合材料新的性能指标建立提供了有利条件，为纺织复合材料在各个领域的广泛应用提供理论基础。

二步法方型三维编织复合材料的细观结构

对二步法方型三维编织复合材料的三维五向结构进行了真实的描述与分析。在此基础上划分出边上、角上和内部单元体。通过对复合材料的横截面以及与试件表面成 4 5°的纵切面进行观察 。

吸湿后三维编织复合材料剪切性能研究

本文对三维四向编织复合材料和长碳纤维复合材料吸湿后的剪切性能进行了研究。从试验角度得到了吸湿对复合材料的剪切性能的影响规律。并对试件断口进行了扫描电镜观察 。