二维和三维纺织结构复合材料弹性性能的研究

提出了预测纺织结构复合材料弹性模量的理论方法，该法考虑了结构中实际存在的纬向纤维束和经向纤维束的曲屈对纺织结构复合材料弹性性能的影响，建立了复合材料弹性性能与织物结构参数——纬向和经向纤维束平均取向角之间的关系；并通过实验测试考察了以二维和三维织物制备的碳纤维织物／环氧树脂复合材料的弹性性能，将弹性模量的理论计算结果和实验数据相比较。

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。

飞行保护头盔纺织结构复合材料层板耐穿透性能研究

纺织结构复合材料主要有芳纶、超高分子量聚乙烯、玻璃纤维、碳纤维和玄武岩纤维等,大量应用于军事、航空航天领域,并拓展应用到民用、交通、工业装置、体育和娱乐等多个领域。纺织结构复合材料具有比强度高、比刚度大、重量轻、耐冲击好等独特优点,基于此,文章通过研究芳纶及超高分子量聚乙烯纺织结构复合材料的耐穿透性能,明确了超高分子量聚乙烯层板相较芳纶层板,受到穿透力作用时,响应面积更大,动态响应更迅速,面密度相近的情况下损伤更小,防护能力较芳纶层板高一个等级,同时多层层板铺叠过程中,改变复合材料纺织结构或者调整层间织物铺叠角度,均会影响耐穿透性能。

三维编织复合材料细观结构建模关键问题研究

基于细观力学的数值分析方法是研究三维编织复合材料力学性能的有效方法,其中细观模型的建立是力学分析的基础。纤维束的空间走向和细观结构几何参数表征是细观结构建模中的两个关键问题。围绕这两个关键问题,针对三维四向编织复合材料的三单胞模型开展研究,全面分析了单胞45°划分方式和水平划分方式中纤维束的各种空间走向,获得了详细的三单胞的纤维束方向余弦;针对三种形状的纤维束横截面,分析推导了编织工艺参数与单胞几何参数的复杂关系,利用编织工艺参数作为初始参数对单胞结构进行定量化表征,并获得了纤维束体积分数和纱线填充系数的计算方法。研究工作为三维多向编织复合材料的细观结构建模提供理论参考,具有一定的工程实用价值。

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。

基于像素标记法的复合材料异型构件均匀性表征

纤维增强陶瓷基复合材料由孔隙缺陷引起的结构不均匀会严重影响构件的宏观力学性能,而整体孔隙率无法有效表征均匀性。针对此问题,提出了一种基于像素标记的空间区块划分方法,实现对异型构件CT扫描体数据的自动分块。在计算出每个区块体孔隙率值的基础上,以孔隙率均值与标准差的乘积为指标,对构件结构均匀性进行定量表征。采用光线投射法对孔隙率进行三维映射,对孔隙率分布进行直观的可视化表征。结果表明:该方法能有效定量表征出异型构件整体及局部均匀性,并从三维角度给出构件局部孔隙率的大小、空间位置信息,为进一步优化制造工艺参数、提高构件服役的可靠性提供了有力依据。

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。

多层异构复合材料的制备及吸波性能

通过模板法与物理混合法相结合,成功制备了三维网络结构的BaTiO_(3)(BTO)+Fe_(3)O_(4)三聚氰胺泡沫异质结构复合材料,采用扫描电镜和X射线衍射对复合材料样品的表面形貌和晶体结构进行了表征,并使用矢量网络分析仪测试了该样品在2~18 GHz频率范围内的复介电常数和复磁导率,并根据测量数据计算了反射损耗值。随后,使用COMSOL多物理场仿真软件进行有限元分析,研究了该复合体系的吸收机制和吸波性能。结果表明:成功引入了BTO和Fe_(3)O_(4)形成的大量异质界面到三维网络结构碳中,构建了异质结构。BTO和Fe_(3)O_(4)优化了三维网络结构的阻抗匹配,从而显著提高了多层异构复合材料的有效吸收带宽。此外,BTO、Fe_(3)O_(4)和三维网络碳结构构筑成了高气孔率的三维网络,导致电磁波在材料内部发生多次反射和散射,增强了电磁波与材料之间的相互作用,实现了对电磁波的吸收,提升了吸波效率。该复合材料展示了出色的吸波性能,当复合材料的厚度为2.9 mm时,最强的反射损耗值达到−54.76 dB,而当复合材料的厚度为2.7 mm时,有效吸收带宽提升至7.92 GHz。

磁性CoFe/Ni_(4)Zn/FeO/rGO复合材料的制备及电磁波吸收性能

创新的微观结构设计和合适的多组分策略对于具有强吸收和宽有效吸收带宽(EAB)的先进电磁吸波材料(EAM)仍然具有挑战性。采用简单的水热还原与高温煅烧制备了磁性CoFe/Ni_(4)Zn/FeO/还原氧化石墨烯(rGO)(MR)复合吸波材料,MR复合材料具有丰富的异质界面与多孔结构,通过引入磁性颗粒调节电磁参数、提高阻抗匹配和衰减能力,在12.88GHz时最小反射损耗可以达到-46.15dB,有效吸收带宽高达约6.1GHz(10.64~16.72GHz)。MR复合材料优异的电磁吸波性能归因于三维多孔结构的多重反射、散射和弛豫过程以及界面基质的强界面极化。磁/介电性的多组分复合材料MR具备多种损耗机制,其协同作用能够进一步增强材料的吸波性能。

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结构模型的几何特性

建立合理的三维编织复合材料结构模型,对其力学性能的有限元计算结果具有重要影响.以成型后的三维四向编织复合材料为研究对象,在实验观察和以往研究的基础上,提出了一个新的有限元胞体结构模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,更符合三维四向编织复合材料的实际细观结构.基于该单元模型推导了编织参数与结构模型参数之间的几何关系,计算了胞体中纤维体积比并讨论了其几何特性.研究结果表明:当纤维束中的纤维丝根数和纤维束半径,以及纤维体积含量一定时,编织物的花节长度和厚度随着纤维编织角的增大而分别减小和增大,三维四向编织复合材料结构的纤维体积比理论上可以达到68%.

纺织结构复合材料冲击拉伸研究进展

纺织结构复合材料是以纺织结构作为增强体的一类复合材料,其在一系列实际应用时往往要承受着高速冲击拉伸、冲击压缩等冲击载荷(冲击加载)的作用.因为纺织结构的整体性能,纺织结构复合材料具有优异的抗冲击、抗分层与高损伤容限性能.研究复合材料的冲击性能对于纺织结构复合材料的设计与应用具有指导作用.本文详细介绍了纺织结构复合材料的发展,纺织结构的种类及纺织结构复合材料的冲击拉伸性能实验与有限元分析研究情况,同时也分析了纺织结构复合材料冲击拉伸破坏下的破坏机理研究进展,并对纺织结构复合材料冲击拉伸性能研究的发展进行了展望.

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。

复合材料三维整体编织结构技术与特性

复合材料三维整体编织技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。采用这种技术,创造了一类新的复合材料结构型式,显著改善了多方面的力学特性。已有的应用表明.这种高新技术与结构型式,可广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、武器装备、体育用品等诸多领域。本文综述了复合材料三维整体编织工艺的特点,三维编织结构物,以及某些优异的特性。

三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展

三维编织复合材料由于具有优异的力学性能而得到了广泛关注,这些性能的获得离不开其具有的特殊结构,本文从预成型体织造及复合材料细观结构两个方面进行综述。在织造技术方面,对当前编织方法及设备进行了介绍,并评述了近年来对编织新方法的探索以及对编织过程的研究。在细观结构方面,详述了细观结构研究由抽象到具体的发展历程,指出当前模型对于纤维束变形的表征的不足之处,并对两种先进的建模方法进行了介绍。最后指出今后的研究中可进一步建立三维编织结构的表征方法以探索新型编织结构,研究纤维束变形机理以获得更为真实的细观结构模型。

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。