纤维体积分数对三维编织复合材料T型梁模态性能的影响

采用悬臂梁自由衰减振动的实验方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能,分析了纤维体积分数对其固有频率和阻尼的影响。将实验得到的固有频率结果与有限元得到的固有频率结果作了对比。结果表明:三维四向编织复合材料T型梁的模态性能与激振点位置无关。且其固有频率随纤维体积分数的增大而提高,阻尼性能随纤维体积分数的增大而降低。通过阵型可以准确判断T型梁固有频率的阶数。实验结果与计算结果相一致。

三维五向编织复合材料T型梁弯曲疲劳应力分布

通过四步法三维编织和真空辅助树脂模塑成型工艺(VARTM)制备三维五向编织复合材料T型梁试件,并在MTS 810.23型测试系统上测试其80%应力水平下的弯曲疲劳性能。根据三维五向编织复合材料T型梁的真实细观结构,建立大型精细实体模型,用有限元法研究三维五向编织复合材料T型梁在低周循环载荷下的弯曲疲劳性质。结果表明:疲劳加载过程中,轴纱为主要的承力部件;厚度方向上,材料从面板至加强筋处应力先减小后增大;长度方向上,应力从试样中间位置向两侧扩展;加强筋处纤维的拉伸断裂为材料在80%应力水平下失效的主要模式。此研究方法可进一步扩展至其他复杂横截面复合材料结构件的抗疲劳设计。

基于声发射的三维编织T型梁复合材料损伤研究

采用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺制备了三维编织T型梁复合材料,在万能试验机上进行弯曲试验,用声发射仪器监测损伤演化。T型梁在三点弯曲载荷作用下,加载初期对应基体裂纹出现,此时并没有严重损伤;随着加载过程进行,裂纹逐渐扩展到纤维基体界面使得纤维基体脱粘,腹板处纤维开始断裂;在加载后期,腹板纤维完全断裂,材料失效。用主成分分析(PCA)和kmeans++算法对声发射信号进行聚类分析,可以成功识别出三种声发射信号,并表征破坏情况。