变截面三维编织技术的研究进展

为深入了解变截面三维编织技术的研究进展情况,阐述了变截面三维编织原理,介绍了当前实现变截面三维编织成型的关键技术和研究现状,分析了现有变截面三维编织技术存在自动化程度不高、普适性不佳、工序复杂和纱线不均匀等问题,提出利用塑性金属选择性地添加纱线设计携纱器的思路。认为:变截面三维编织技术的优劣,需通过反复检验三维预制件的力学性能是否满足要求来评判。

变截面三维编织复合材料的净形制备及弯曲性能

介绍变截面三维编织预型件的减纱净形制备工艺,通过实验观察与理论建模相结合的方法,分析减纱对预型件细观结构的影响,对比整列减纱、行单元减纱与切削复合材料在变截面区域的弯曲性能。结果表明表面与内部减纱单元是减纱时的基本单位,保证编织规律不变是减纱工艺的基本原则;表面或内部单元减掉后分别会形成两组特殊的纱线轨迹,其中一组纱线的长度与编织角大小较不减纱时增大,而另一组纱线只改变编织角的方向;行单元减纱与整列减纱复合材料的弯曲性能均明显优于切削试件,且行单元减纱试件的弯曲性能比整列减纱试件略高。

减纱工艺对变截面三维编织复合材料弯曲性能的影响

减纱工艺可以实现变截面三维编织复合材料的净形制备,通过对不同减纱方案制备的单次减纱试件和具有不同减纱截面间距的两次减纱试件进行三点弯曲实验,研究了减纱工艺参数对变截面三维编织复合材料弯曲性能和破坏形态的影响。结果表明,行单元减纱试件的弯曲性能略高于整列减纱试件而显著优于切削试件,纱线断裂是减纱试件的主要失效机制,切削试件则以基体和界面损伤为主。两减纱截面间隔1-3个花节时,试件主要在第2个减纱截面附近发生破坏,而间隔4或5个花节时,弯曲破坏集中在两减纱截面的中间区域。随着减纱截面间距由1花节递增至4花节,试件的弯曲性能逐渐提高,而间距为5花节的试件则与间距4花节试件的弯曲性能基本相同。

变截面三维编织预型件的净形制备工艺与细观结构

介绍变截面三维编织预型件的减纱与添纱净形制备工艺,以行单元减纱预型件为代表,观察截面缩减区域的外观形态,并建立表面与内部减纱单元的几何模型,最后讨论了减纱对纱线交织规律的影响。结果表明,保证减纱或添纱后纱线的编织规律不变是净形编织工艺应遵循的原则,预型件在减纱区域呈现平滑的梯形过渡,表面与内部减纱单元中纱线的编织角增大,长度增加,且减纱截面处的纱线交织点位于减纱前两相邻交织点的中心。

减纱工艺对三维编织矩形截面预制件的细观结构的影响

对通过减纱工艺形成的变截面三维编织预制件的细观结构进行了研究,并采用拓扑方法进行理论分析,得到了减纱后通过减纱截面的纱线运动走向和变化规律,从而为更精确的制定异型三维编织预制件的编织工艺打下了基础.

用于三维编织可控增减纱的携纱器设计

为减少三维编织过程中的人工参与,提高三维编织的自动化程度进而提高编织效率,通过介绍三维变截面预制件现有的行列单元增减纱工艺和整行、整列增减纱工艺以及自身可实现增减纱的携纱器设备,比较现有变截面编织工艺和设备的优缺点,在此基础上提出了一种可利用液氮的物理特性并结合刀片的剪切作用通过无线控制来实现自动增减纱的新型携纱器。详述了这种新型携纱器各功能模块的作用,并结合设计图描述了其增减纱的工作过程,举例说明了利用这种新型携纱器进行的编织工艺,认为利用这种新型携纱器,再结合编织工艺可大幅提高变截面编织的灵活性,具有较好的应用前景。

变截面三维编织复合材料减纱工艺与弯曲性能

探讨了变截面三维编织预制件减纱净成型原理,结合图像观测与拓扑分析方法表征减纱区域细观结构,对比减纱变截面与切削变截面复合材料截面缩减区域及相应等截面复合材料的弯曲力学性能,并分析两种变截面试件在破坏模式上的异同。结果表明:减纱应遵循的原则是保证具有连续可编织性,减纱预制件在截面缩减区域呈现平滑的梯形过渡,其弯曲模量与强度显著高于切削变截面试件而略低于等截面试件,且表现为以纱线断裂为主、包括基体开裂和纤维抽拔等模式的复合型破坏。