三维编织结构的计算机图形显示

通过计算机图形建模解决了三维编织复合材料内部编织结构分析困难的问题 ,从而便于进行下一步编织复合材料力学性能的分析 .同时针对三维编织复合材料中目前较为流行的一种编织工艺——四步法 ,提出了一种定量描述三维编织物内部复杂构造的方法 .即首先利用计算机绘制三维实体模型来模拟织物内部各纱线的空间位置 ,并用动画显示纱线的运动过程 ,从而能够方便直观地观察到各纱线具体走向 ,进而通过对已生成的三维实体模型完成简单的操作 ,来剖析织物结构的内部构造 ,实现对其内部各纱线的分离、切剖和观察内部纱线间的相对位置关系 .并且还验证了传统的几何方法描述中已经提出的一些结论 .

具有三维编织结构碳纤维复合材料管件的能量吸收机理

以碳纤维与环氧树脂通过真空辅助树脂传递成型技术制备得到具有三维四向编织结构的管件物为研究对象,探究了编织角(30°、45°、60°)和编织结构中排纱层数(3、4、5层)对碳纤维复合材料管件在轴向压缩条件下吸能性能的影响。试验结果表明:采用三维编织结构可以阻止在厚度方向上裂纹的扩展;编织角的变化所引起的碳纤维复合材料管件的压缩模式以及能量吸收特性的变化较明显,而编织层数则无明显影响。

用空间群推导三维编织的几何结构

三维编织复合材料的几何结构和性能研究主要集中在四步法、二步法三维编织,包括以这两种编织方法为基础在不同方向增加增强纱的多向编织方法。本文论述用点群、点阵和空间群推导三维编织几何结构的方法。用编织点群、平移群和点式空间群的矩阵表示对代表性纱线段进行变换,可以推得三维空间纱线交叉几何结构。研究结果表明,用该方法不仅可以验证原有三维编织几何结构的对称性,而且还可以推导出新的三维编织几何结构,为新三维编织方法的开发研究提供了理论支持。

三维编织蜂窝结构复合材料的压缩性能分析

采用1205tex黄麻织造了三维蜂窝状编织物,通过真空辅助树脂灌注成型工艺(VARTM)制备了不同开口角度的三维编织蜂窝结构复合材料。对三维编织蜂窝结构复合材料压缩性能进行了测试和分析,结果表明:三维编织蜂窝结构复合材料在压缩过程中,压缩曲线中的平台区有大量的压缩峰,表现出较好的压缩缓冲作用,提高了其抗压能力。不同开口角度对三维编织蜂窝结构复合材料压缩性能有明显影响,60°开口角度的压缩载荷明显高于30°和45°的复合材料,三维编织蜂窝结构复合材料的压缩破坏模式大致相同。

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。

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。

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。

三维五向编织复合材料低速冲击损伤区域的量化表征

低速冲击损伤区域的可视化和量化表征对提高三维编织复合材料构件可靠性和承载效率极具意义。以三维五向编织复合材料为研究对象,使用落锤冲击仪对20°和40°编织试样开展了100 J低速冲击试验。在此基础上,利用Micro-CT对内部损伤区域进行了图像采集,并建立了基于阈值的整体损伤自动提取方法。之后,沿面内两个方向将损伤分别分割8部分获取了各截面的正面凹坑深度、背面凸起高度、损伤扩展长度、损伤面积和损伤体积等数据,并进行了三维统计分析。结果表明,损伤沿着冲击中心向四周拓展并呈现对称性,主要损伤分布依次是纤维损伤、基体损伤和界面脱粘。同时,20°编织试样比40°编织试样损伤更严重,且沿着轴纱方向,两种编织角试样的损伤扩展值更大。其中,20°样品轴向损伤扩展长度和损伤堆叠面积分别可达50.481 mm和437.039 mm^(2),均远超过对应横向的23.582 mm和104.004 mm^(2)。

三维五向Cf/Al复合材料不同温度下的轴向弯曲变形力学行为

以三维五向结构编织M40J碳纤维预制体为增强体,ZL301为基体合金,采用真空压力浸渗法制备三维五向C f/Al复合材料,研究了三维五向C f/Al复合材料微观组织特征和相组成,分析了轴向弯曲变形力学行为及其弯曲破坏处的宏观形貌。结果表明:轴向纤维分布均匀,编织纱存在少量浸渗缺陷,界面存在脆性Al 4C 3相,均是影响弯曲力学性能的关键。复合材料轴向弯曲变形力学行为均呈现出显著的非线性特征,复合材料的室温、350℃和400℃变形过程均可划分为弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和塑性断裂阶段。

基于空间群P对称性的一种新型三维编织材料

用点群S6对应的对称操作推导出一种新的三维编织几何结构单胞.根据空间群P描述的对称性,对新的单胞进行对称变换获得了一种新的三维编织几何结构,研究了这种三维编织几何结构可行的编织工艺.通过建立其几何分析模型,预测了对应三维编织材料的纤维体积百分含量及其变化趋势.

3D Simulation of Two-bar Warp-knitted Structures

In this study, 3D computer modeling of simple warp-knitted structures is achieved based on 3D model of warp-knitted loops. Firstly, according to the studying on the geometric structure of warp-knitted loops, Goktepe＇s 3D solid yarn model is developed, and the dimensions of the warp-knitted loops are obtained; then 3D models of stitch defined by eleven given points and in-lay defined by five given points are built with the method of Non-Uniform Rational B-Spline （NURBS） curves and surfaces. Secondly, according to the chain notations of warp-knitted structures, the loop＇s shape can be decided, and with the 3D models the loops can be connected freely and smoothly in some special warp-knitted structures, such as miss-lapping and two- course in-lay. At last, with the tools of Visual C ＋＋ and OpenGL, computer 3D simulation of two-bar warp-knitted fabrics is successfully realized, taking the factor of fabric light and materials into 3D structural model.