三维异型角联锁涤纶机织物的设计

利用半自动小样织机设计三维异型角联锁涤纶机织物。采用了两种织造方法,第一种方法采用多层织造原理,即在综框总数一定的情况下,通过在织物厚度方向增加纬纱层数,且各纬纱层通过角联锁方式连接来实现T型三维角联锁机织物的设计与织造。第二种方法采用压扁法使T形中的竖线压平,与横线组成2层织物,再组合优选一定的投梭路线,即可利用半自动小样织机织造T型三维机织物。为了使环氧树脂等基质材料很容易地渗透到增强材料之间,而且不损伤复材的强度,采用多层织造原理设计并织造了V型接结间隔型三维角联锁机织物和带有侧翼的多管织物。

三维角联锁机织铺层复合材料的开孔拉伸性能

为了研究孔径对三维角联锁机织铺层复合材料拉伸性能的影响,制备了三种不同孔径的三维角联锁机织铺层复合材料并测试了其拉伸性能,并利用非接触全场应变测试系统和显微图像分析技术对复合材料进行了表征。结果表明,在拉伸过程中应变集中区域从孔的周边过渡到左右两侧,应变累计变化速率随着孔径的增大而增大。相比于开孔前样品,6、10、14 mm三种孔径样品的拉伸强度分别下降了23.13%、44.47%、50.08%,开孔试件的模量分别下降了16.92%、14.93%、22.25%。拉伸破坏包含纱线断裂、纤维拔出、界面脱粘等形式,其中较大孔径(14 mm)条件下,断口处分层破坏现象不显著。

低捻纱三维角联锁机织预制体的不稳定结构变形模型

为研究三维角联锁机织预制体在成形回转曲面过程中发生的形变,分析了预制体的结构不稳定因素及其变形类型,构建了预制体代表性体积单元的弯曲变形模型,探究了预制体几何结构参数与纱线截面变形系数之间的函数关系,得到了纱线在等量变形和非等量变形时织物花节长度、经纱倾角和纤维体积百分含量随纱线截面变形系数的变化规律。采用玻璃纤维制备三维角联锁机织预制体并进行弯曲试验,验证了该变形模型的合理性。认为:该研究成果可为低捻纱三维角联锁机织预制体二次成形回转曲面提供理论支持。

三维角联锁机织复合材料面内低温冲击压缩损伤

研究三维角联锁机织结构复合材料面内方向在20℃、-40℃和-80℃温度场下、应变率在300/s~1000/s范围内的冲击压缩性能,采用高速摄影观察复合材料在20℃下的渐进破坏损伤过程,并借助光学显微镜和扫描电镜分析不同温度下复合材料的失效模式。结果表明:温度和应变率对面内方向复合材料力学性质具有影响。经向压缩主要是剪切失效模式,而纬向压缩为分层失效模式,随着应变率增大和环境温度降低,复合材料破坏形态更严重。

三维角联锁衬经机织复合材料的纱线形态及力学性能分析

在三维角联锁机织结构中,经纱和纬纱是不可或缺的构成部分,其纱线形态会影响复合材料的力学性能。在目前关于三维角联锁机织复合材料的研究论文中,复合材料内部纱线形态主要表现为伸直状态的纬纱与弯曲状态的经纱。文章通过调整经纱与衬经纱的排列方式和排列密度设计了5种不同结构的试样,用于研究三维角联锁衬经机织复合材料中纱线形态的变化,并通过对其进行准静态弯曲与压缩试验研究其力学性能。结果表明:经纱与衬经纱排列密度的改变会引起经纬纱线形态的改变;通过减小经纱与衬经纱排列密度,增大相邻经纱间距,可增大经纱的力偶作用,使纬纱由伸直状态转变为弯曲状态、经纱由弯曲状态转变为伸直状态;试样中纱线屈曲波高状态对弯曲性能和压缩性能影响显著,具有较大屈曲波高的试样表现出较高的弯曲强度与较低的弯曲模量,受载方向上纱线屈曲程度较低的试样表现出较高的压缩强度和压缩模量。

机织三维角联锁结构织物复合板材的制备与力学性能研究

利用真空辅助成型工艺,将机织三维角联锁结构织物与树脂结合制备机织三维角联锁结构织物复合板材。测试不同单位体积纤维含量和不同织物层数的机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能,并与纤维随机分布的复合板材进行比较。研究表明:机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能高于相同单位体积纤维含量的纤维随机分布的复合板材,且当单位体积纤维含量在55.37%时,机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能最佳;对于单位体积纤维含量一定的机织三维角联锁结构织物复合板材,随着织物层数的增加,其力学性能提高。

角联锁三维机织物在多综眼织机上的织造设计

针对三维机织物在厚度方向拓展受到限制的现状,提出两种关于把三维机织物织厚的设计方案。通过以层层正交角联锁织物为例,探究将厚度推广为N层的织物在多综眼织机上的织造方法,设计上机工艺(包括穿综图、纹板图及选纬图)。通过实际上机实验,成功使用两种方案织出层层正交角联锁织物。结果表明,两种设计方案都可用于织造不同厚度的角联锁三维机织物,同时两种方案都具备各自的织造特性。

三维角联锁机织复合材料低速冲击破坏的有限元计算

测试三维角联锁机织复合材料低速冲击性能,得到复合材料在低速冲击过程中的载荷-位移曲线等。结合采用冲击接触定律、单元失效准则和材料刚度退化技术,建立复合材料低速冲击的三维有限元单胞模型。运用商业有限元软件ABAQUS/Explicit,联合用户子程序(VUMAT)计算复合材料低速冲击破坏过程。比较有限元计算结果和实验结果,发现二者在载荷-位移变化规律和复合材料破坏形态上较为吻合。

基于上位机的层间角联锁织物用织机开口控制系统设计

为解决小批量、多品种层间角联锁织物织造经常需要更改自动化开口控制程序的问题,提出一种基于上位机的织机开口控制系统,主要包括数据格式转换计算机辅助制造(CAM)软件模块、上位机通信系统和可编程控制器(PLC)控制系统。首先,基于Python和QT-Designer构建工艺信息数据格式转换CAM软件;同时,利用Visual Basic开发可编程控制器上位机通信软件,实现工艺信息实时传输至PLC,并监控生产过程;最后,开展PLC控制系统的硬件和软件设计,并通过实验验证织机开口控制系统的可行性。结果表明:开发的工艺信息数据格式转换CAM软件模块、上位机通信软件和PLC控制系统可行,通过Excel编辑气缸动作矩阵文件,拷贝入上位机完成数据格式转换,即可上机织造。

三维角联锁机织复合材料三点弯曲疲劳的细观结构效应

依据层层接结三维角联锁机织复合材料的结构特点,建立能真实反映细观结构特征的大型精细实体几何结构模型;基于非弹性滞后能疲劳破坏准则,用有限元法计算三维角联锁机织复合材料在三点弯曲低周交变循环载荷下的变形和刚度降解,揭示疲劳过程中三维角联锁机织复合材料内部应力分布特征和变形特征,分析纱线与树脂的破坏机理,阐述该复合材料在循环载荷下发生疲劳破坏的结构效应。结果表明,经纱在疲劳过程中承担大部分的载荷,且不同的组分呈现不同的破坏扩展过程。本文研究结果和研究方法将可进一步扩展至三维机织复合材料工程结构设计。

正则多重纬角联锁机织物的快速设计

阐述了正则多重纬角联锁织物的特征。该织物结构的层数与组织循环、飞数之间有一定的关系,是一种有规律的织物结构,在产业用纺织品行业有着广泛用途。根据该特征,提出了可以利用Excel表格的基本操作来取代手绘图形,能方便地绘制出正则多重纬角联锁机织物的结构图和组织图的方法。即先在Excel中画出结构图,然后根据它们之间存在的规律性关系直接画出组织图。实践证明,该方法操作简单,使繁琐的织物设计变得简单快捷准确,减小了设计工作量,同时为织物组织CAD设计打下基础。

角联锁结构三维织物的设计

论述正则角联锁和空口角联锁结构三维组织织物的设计方法与上机要点。通过分析不带衬垫纱和带衬垫纱两种结构贯穿的方式、构成参数的计算、组织图与上机图的特点以及角联锁结构三维组织织物织造时的特殊问题,指出:设计时还需合理选择纱线线密度和筘号、合理设计上机张力、正确选择织轴数量,可确保利用二维织机织造三维织物。

三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料弯曲性能及损伤机制

为解决陶瓷基复合材料在服役环境中由于弯曲而导致失效的问题,从理论上分析了经向和纬向弯曲过程中复合材料弯曲受力与内部纤维之间的相互作用机制。以SiCf/SiC复合材料为例,利用微计算机断层扫描技术获得其内部纤维结构和孔隙等三维图像;并在此基础上,分别对三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料经向和纬向进行弯曲性能测试,从细观、微观尺度分析弯曲损伤机制。结果表明:三维机织角联锁SiCf/SiC复合材料的纬向和经向性能明显不同,且纬向试样的弯曲强度大于经向试样;SiCf/SiC复合材料的弯曲损伤模式复杂,经向试样裂纹主要沿着经纱与纬纱接触点扩展,而纬向试样裂纹主要在纬纱束之间产生,并最终导致弯曲破坏。

三维角联锁机织复合材料有限元分析

在理想假设条件下,分析了三维角联锁机织复合材料的细观几何结构.将建立的几何模型导入有限元软件ANSYS 13.0,通过布尔运算建立了具有复杂细观结构的三维角联锁机织复合材料的模型,并利用ANSYS 13.0对其弹性模量进行了预测.利用真空辅助树脂传递模塑成型技术获得试件,在试验机上对试件进行测试,测得试件弹性模量.将弹性模量预测值与试验值进行比较,验证了该有限元模型的正确性.

层层接结三维角联锁机织复合材料的三点弯曲疲劳破坏

本文主要研究一种层层接结三维角联锁机织复合材料在三点弯曲交变循环载荷下的疲劳破坏与失效模式,以此阐述材料破坏的结构特征。在不同应力水平下对材料施加正弦波式应力进行三点弯曲疲劳实验,得到材料疲劳寿命(S-N)曲线,说明材料寿命与施加载荷之间的关系,随着应力水平的增加,材料的疲劳寿命呈现下降趋势。此外,观察材料的典型疲劳破坏模式,发现破坏主要集中于经纱屈曲起伏的最大曲率区域,应在结构设计中予以重点关注。

三维角联锁机织复合材料剪切性能有限元分析

使用三维绘图软件Pro/E 5.0构建出一种三层角联锁机织复合材料的细观结构模型,借助有限元软件ANSYS对复合材料在剪切力作用下纤维与树脂的应力、应变分布进行数值模拟,并借此分析该复合材料在剪切作用下的力学行为,并预测复合材料破坏模式。结果表明:复合材料在剪切力作用下发生沿剪切力方向程度较均匀的剪切变形;纤维相对于树脂承受更多剪切力作用,产生更大应力,但发生相对较小的应变;纤维中轴向与剪切力方向平行的经纱相对轴向垂直于剪切力的纬纱表现出更大的应力和应变。

三维角联锁织物的可模塑性能研究

以160 tex芳纶长丝束为原料,选用三维角联锁结构,织造不同纬纱密度的常规贯穿角联锁织物和添加衬经的角联锁织物。采用可模塑因子对制备的三维角联锁织物的可模塑性能进行预测,并测试它们的变形深度,分析影响三维角联锁织物可模塑性能的因素。结果表明由于制备的三维角联锁织物的纬纱密度一般较大,所以其可模塑性能主要受纬纱密度的影响;随着纬纱密度的增加,三维角联锁织物的可模塑性能降低;相同纬纱密度的常规贯穿角联锁织物和带有衬经的角联锁织物,具有基本相同的可模塑性。考虑到强度及厚度,对增强复合材料来说,添加衬经是更好的选择。

三维角联锁机织复合材料螺栓连接结构的拉伸性能及失效损伤

采用试验和有限元分析方法,研究孔径尺寸和螺栓排列方式对三维角联锁碳纤维/环氧树脂机织复合材料螺栓连接结构的拉伸力学性能和失效损伤演变影响。研究结果表明:三维角联锁机织复合材料螺栓连接结构的拉伸载荷峰值与有效面积成正相关;孔径尺寸和螺栓排列方式对试件拉伸失效强度无明显影响,拉伸失效应变与螺栓数呈负相关;拉伸失效模式以剪切挤压组合破坏为主,不受孔径尺寸和螺栓排列方式影响;有限元分析结果与试验结果具有较好一致性,因此采用有限元方法可预测三维角联锁机织复合材料螺栓连接结构的拉伸力学响应及其失效模式。

界面层对三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料断裂韧性的影响

为探究界面层对SiC_(f)/SiC复合材料性能的影响,选用国产第3代SiC纤维,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了热解碳(PyC)、热解碳/碳化硅(PyC/SiC)、氮化硼(BN)、氮化硼/碳化硅(BN/SiC)4种界面层的三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料。在此基础上,结合声发射技术对复合材料进行常温断裂韧性测试,并利用扫描电镜对其细观损伤模式进行评价。结果表明:界面层对三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料的断裂强度和断裂韧性有强决定作用,但对其初始模量没有太大的影响;以PyC层为主界面层的试样具有良好的断裂韧性,试样P-SiC_(f)/SiC和P/S-SiC_(f)/SiC的断裂韧性分别为13.99和16.93 MPa·m^(1/2),而试样B-SiC_(f)/SiC表现出强界面结合,具有最低断裂韧性6.47 MPa·m^(1/2);但在界面引入SiC层后,试样B/S-SiC_(f)/SiC的断裂韧性显著提高至15.81 MPa·m^(1/2);声发射能量和撞击数可完整描述SiC_(f)/SiC复合材料的实时损伤过程。

超高分子量聚乙烯角联锁机织物织造及其刺破性能探究

由多层织物复合的防刺破材料被广泛使用在军事、航空航天等领域。多层复合织物在被刀具或尖锥等利器刺中后,织物间往往会产生分层的现象,故材料的防刺破性能有所降低。为了提高织物的防刺破性能,设计织造了4种角联锁织物并采用热压方式进行后处理,探究后处理工艺对材料的防刺破性能的影响。结果表明:热压处理后,织物防刺破性能有所提升,四层不衬纬织物提升80%,四层衬纬织物提升20%〜40%,角联锁机织物刺破位移降低了20%〜40%。织物经热压后,厚度减小,纤维被压缩,致使织物整体结构变得更加紧密,防刺破性能得到进一步提升。上下表面的纱线部分熔融并固化,使织物的整体性产生差异,刀具穿刺织物的过程中载荷产生明显的波动。