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。

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。

三维纺织复合材料热-力学性能研究进展

三维纺织复合材料具有优异的力学性能、可设计性强和耐极端环境等优点,在航空航天领域有着广泛应用。为深入了解应用于高温环境中三维纺织复合材料的结构体系和力学行为,本文从三维纺织结构出发,综述了三维纺织复合材料结构类型及其在航空航天领域上的应用;总结了三维纺织复合材料成型工艺和结构特征;分析了三维纺织复合材料热-力学性能的研究进展情况;提出了未来的研究重点和需解决的关键问题,以期为新一代三维纺织复合材料的耐高温/承载设计、制造和应用提供依据。

织物细观结构参数对三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响

提出倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能预测模型,考虑材料实际的编织结构和相邻纤维束之间的孔隙,讨论织物细观结构参数对倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响。通过两个重要细观结构参数分析探讨不同结构参数对纤维体积含量和曲屈率的影响,并进一步给出纤维体积含量和曲屈率对弹性性能的变化关系。另外还对编织陶瓷基复合材料制造过程中材料的高温损伤进行初步分析。

织物细观结构参数对编织复合材料弹性性能的影响

根据作者提出的二维波纹细观力学模型，在考虑了实际织物结构中存在的经向和纬向纤维的波纹；相邻纤维束之间的间隙；纤维束的横截面尺寸和织物的叠层构造状态对编织复合材料弹性性能的影响下，给出了织物细观结构参数与编织复合材料弹性性能之间的变化关系。通过参数分析探讨了不同结构参数对编织复合材料弹性性能的影响。

浮顶储罐复合材料浮盘结构参数对力学性能影响研究

为分析复合材料浮盘结构参数对浮盘力学性能的影响,以玻璃钢板—聚丙烯蜂窝芯制成的蜂窝梁为模型,基于有限元建模和实验测试,对比了蜂窝梁在横力弯曲时的变形曲线,验证了有限元模型的正确性。在此基础上对蜂窝梁的有限元模型进行了参数化,分析了蜂窝高度和蜂窝壁厚参数对蜂窝梁力学性能的影响。结果表明,蜂窝的高度主要影响蜂窝梁的应力和抗弯刚度,蜂窝的壁厚主要影响蜂窝的抗剪切性能。

基于细观结构的三维机织复合材料弹性性能的分析

三维机织复合材料具有复杂的细观结构，通过采用双凸透镜的几何形状来描述被压扁的纤维束横截面，引入细观结构和几何参数，建立了基于织物细观结构预测三维机织复合材料的纤维体积分数和弹性常数的方法。通过参数分析预测了结构和几何参数对三维复合材料弹性性能的影响。开发了一个具有友好界面的三维机织复合材料弹性性能的分析软件，为复合材料结构设计者选定适合的织物增强结构提供了有效的计算工具。理论计算结果与实验值的比较，表明了分析方法的正确性。

受阻酚AO-80/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体复合材料的结构与性能

用熔融共混法制备了受阻酚AO-80/聚醚型热塑性聚氨酯弹性体(PET-TPU)阻尼材料,通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析、差示扫描量热分析及动态力学热分析等研究了复合材料的微观结构、玻璃化转变温度、动态力学性能和力学性能。结果表明,AO-80与基质之间具有良好的相容性,且以分子水平溶解在基质中,处于无定型态。随着AO-80用量的增加,PET-TPU软段的玻璃化转变温度逐渐升高,硬段基本保持不变。AO-80/PET-TPU复合材料的损耗因子与温度曲线呈单峰形式,随着AO-80用量增加其峰值明显增大,并且转变峰向高温方向移动。AO-80的加入使PET-TPU基质的力学性能有所下降。

三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响

通过7组实验比较和分析研究,评价了编织结构参数(如编织角,纤维体积分数,轴向纱数与编织纱数之比,三维四向/五向,厚度)对复合材料拉伸性能的影响,且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响;复合材料有两种破坏模式,一种是裂纹沿纤维束扩展,另一种是纤维束拉断,后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。

纺织结构碳纤维增强尼龙基复合材料的成型加工及力学性能

纺织结构碳纤维增强尼龙6（CFF/PA6）复合材料的力学性能优于短、长纤增强材料,但成型加工较困难。文中提出一种基于碳纤维（CF）表面改性的CFF/PA6成型方法,研究了多种CF表面改性处理法及模压成型压力对材料力学性能的影响。发现在氮气氛围中400℃高温处理4h可有效去除CFF表面浆料,通过饱和的尼龙/甲酸溶液处理24h可使CF表面活化、与PA6形成氢键,并使PA6以黏度较低的溶液状态渗透CFF丝束内部,孔隙率从8.05%降至0.81%。进而采用薄膜叠层模压法制备CFF/PA6,在250℃,2.5~3.0 MPa下加载10min,所得材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别达到464.48 MPa,698.47 MPa和95.3kJ/m2,较未经表面处理的材料提高40%~50%。利用扫描电子显微镜可以看到,所制备的复合材料具有良好的基体-增强体浸润性和较强界面。

纺织结构复合材料的力学性能研究

从纺织几何学入手，通过对纺织结构复合材料细胞构型的分析，建立其刚度矩阵和本构关系，并结合纺织结构复合材料的损伤和演化规律分析，完整地描述纺织结构复合材料的力学特点．着重讨论物理概念和研究方法，以促进了解纺织复合材料的分析理论和它的工程应用．

带衬纬的三维角联锁结构复合材料弹性性能分析

基于对带衬纬的三维角联锁结构复合材料细观结构的观察,建立了全新的几何分析模型,并运用取向平均理论和组合力学分析模型,对各个模型不同方向的弹性模量进行了预测,与实际测量实验样本5个方向上的弹性模量相比较,表明模型的理论预测值与实测值之间总体趋势相同,其中组合模型的预测结果更接近实测值．文中还验证了带衬纬的三维角联锁结构复合材料的拉伸弹性模量具有明显的正交各向异性的特点．

纤维增强金属基复合材料细观几何结构对宏观弹性性能的影响

基于复合材料宏、细观场量之间的联系 ,建立了一种纤维增强复合材料宏—细观力学模型。该模型建立起了宏观与细观应力、应变场量之间的联系 ,获得了宏观应力—应变关系 ,试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹性性能。

改进型1-3压电复合材料结构参数对其谐振性能的影响

研究了水声换能器用的1-3改进型(称1-3-2型)压电复合材料的结构参数(陶瓷体积分数)对其谐振性能的影响.1-3-2型压电复合材料是由1-3型复合材料和陶瓷基底两部分组成,利用Newnham串并联理论、均匀场理论和混合定律,得到1-3-2型复合材料的压电方程,从而推导出1-3-2型复合材料的各项等效性能参数,并通过实验对频率常数、机电耦合系数和声阻抗等参数的理论推导进行了验证,实验结果与理论计算符合较好。

有机粘土/聚烯烃弹性体纳米复合材料的结构与性能

采用熔体插层法制备有机粘土/聚烯烃弹性体(POE)纳米复合材料,研究有机粘土起始片层间距及用量对复合材料结构与性能的影响。结果表明:POE分子链插层进入有机粘土片层之间形成插层结构,并且有机粘土起始层间距越大,所制备纳米复合材料的物理性能越好。随着有机粘土用量的增大,有机粘土/POE纳米复合材料物理性能逐渐提高。

三维角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计探讨

基于对三维角联锁结构复合材料真实细观结构的图像分析,建立了几何分析模型,在该模型中假设经纱的横截面呈矩形,纬纱的横截面呈凸透镜形,并运用刚度平均原理,推导出了以角联锁结构复合材料预制件的7个宏观设计参数和纤维、树脂的弹性性能指标为参数变量的弹性性能计算公式,在此基础上编制了能提供三种选择的计算机预测软件,即选择组织结构、力学模型和任意一个偏轴角,从而初步实现了角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计。实验结果表明,依据本研究提出的几何分析模型并采用刚度平均理论预测的等效工程弹性常数与实际测得的值之间总体趋势相同,数据基本相符。

三维角联锁结构复合材料等效弹性性能有限元分析

在复合材料承载时变形协调的前提下,采用CAD软件绘制三维织物单元体几何模型,然后导入结构分析有限元软件包,对工程中常用的带衬经三维角联锁结构复合材料的弹性性能进行分析,并将0°和90°方向弹性性能预测值及实验值与取向平均法预测值进行比较。结果表明,采用的有限元方法所得预测值及实验值与取向平均法预测值之间具有很好的一致性。

三维机织弯交复合材料细观结构研究及弹性性能分析

本文对三维机织弯交复合材料的细观几何结构进行了深入的研究,采用了椭圆形纤维束截面假设,详细研究经纱纤维束在织物表面与内部的不同。建立了一种新的三维机织弯交复合材料力学分析模型,并在此模型的基础上对其弹性常数进行了预测,讨论了结构参数和几何参数对三维机织弯交复合材料弹性性能的影响。通过实验值和理论预测值的对比,表明了分析方法的正确性。

3D-CF/Al复合材料宏细观结构与力学性能研究进展

三维编织碳纤维增强铝基复合材料(以下简称为3D-CF/Al复合材料)因内部存在由连续碳纤维束构成的空间网状结构,具有更高的比强度、比刚度、抗冲击损伤和抗裂纹扩展能力。文章综述了编织结构和制备工艺参数对3D-CF/Al复合材料力学性能的影响以及关于其细观结构建模与力学分析方面的研究进展,并针对3D-CF/Al复合材料的设计、制备与应用的关联环节,提出一种宏细观结构与力学协同的理论构想,以期实现复合材料的数字化设计、制造与性能预测。

结构参数对树脂基纤维编织复合材料折叠夹芯结构力学性能的影响

折叠夹芯结构是一种新型的复合材料夹芯结构,其结构参数对力学性能有重要的影响。文中以碳纤维和Kevlar平纹编织预浸料为芯材原料,采用热压工艺,制备了复合材料折叠夹芯结构试样。通过压缩试验得到不同条件下折叠夹芯结构在静态压缩载荷作用下的力-位移变化曲线。构建了复合材料折叠夹芯结构有限元模型,对不同结构参数复合材料折叠夹芯的力学性能进行了数值模拟分析,并将模拟结果与实验结果进行对比验证了模型的可靠性。实验及数值模拟的分析结果表明,随着芯材厚度的增加,折叠夹芯层的压缩强度呈线性增加,其破坏形式由假塑性变形逐渐向脆性破坏转化;面板对夹芯层的约束作用能够极大地提高压缩模量和强度,而且上下面板对压缩性能曲线有着不同的影响;折叠夹芯单元的高度、长度、折叠夹角等参数对其力学性能具有不同程度的影响。