基于结构参数的平纹机织复合材料等效弹性性能预测

经向纤维束与纬向纤维束纵横交错引起的纤维弯曲(也称为波纹)是平纹机织复合材料固有特征。首先,提出了一种精确描述平纹机织复合材料单胞3D结构特征的数学表达式。其次,基于经典层合板理论和等应力假设,考虑平纹机织复合材料厚度方向非对称引起的弯曲-拉伸耦合效应及单胞结构特征,建立了含结构参数的平纹机织复合材料等效弹性性能多参数解析模型。通过数个典型算例验证了建立的多参数解析模型,结果表明:该多参数解析模型预测值与相关文献中有限元模型预测值、解析模型预测值、实验值等均吻合较好;该多参数解析模型预测值尤其是Z向弹性性能预测值,比文献中解析模型预测值更接近于实验值。在此基础上,进一步探讨了纤维束波纹比(包括纤维束波动方向波纹比与纤维束横截面波纹比)、经向与纬向纤维束构成的预成形体厚度、纤维束中弯曲部分的长度、相邻纤维束之间间距等结构参数对平纹机织复合材料弹性性能影响。该多参数解析模型建模方法为研究纺织复合材料力学性能提供了参考。