三维编织圆管力学性能及火箭级间段模拟结构承载能力研究

对于三维四向（４Ｄ）和五向（５Ｄ）两种编织碳／环氧圆管构件及由其组成的火箭模拟级间段，测试其压缩和扭转力学性能及轴压承载能力。实验表明，５Ｄ材料的压缩性能比４Ｄ材料有较大幅度提高，剪切模量提高幅度不明显。用３—细胞模型和ＦＧＭ模型预测相应的力学性能和压缩强度，并与实验结果进行了比较。结果表明，３—细胞模型的结果与实验结果符合较好，ＦＧＭ模拟预测结果偏低。本文结果为编织结构的设计分析提供了依据。

形状记忆复合编织圆管的制备及其热致回复性能

为分析编织角、回复温度对形状记忆编织圆管力学性能与形状回复性能的影响,采用改进的双螺杆挤出工艺制备连续碳纤维/形状记忆聚氨酯复合长丝,通过二维编织技术制备得到编织角为15°、30°、45°、60°、75°的圆管,对比分析了其径向支撑力和形状回复率。结果表明:制备的复合长丝中连续碳纤维被形状记忆聚氨酯均匀包覆,且基本位于复合长丝中心位置;编织圆管的径向支撑力与编织角大小成正比关系,编织角为45°时圆管的形状回复率最高,编织角度越接近45°形状回复率越高;回复温度对形状记忆性能有一定的影响,回复温度越高圆管的回复速率越快,形状回复率越大;该圆管结构具有优异的形状回复率,最高可达96%。

基于多尺度模型的编织复合材料圆管扭转行为有限元模拟

为进一步探究编织复合材料圆管在扭转加载过程中的力学响应,在前期试验研究的基础上,以具有45°编织角的碳纤维/树脂复合材料圆管为例,采用了综合考虑圆管的细观结构和全尺寸模拟计算成本的多尺度方法构建了编织复合材料圆管有限元模型,系统模拟了其扭转加载过程,并分别讨论了圆管单胞的剪切和圆管的扭转渐进损伤过程。结果表明:模拟结果与试验结果具有较高的一致性;圆管单胞在剪切失效之前的损伤分布基本呈对称状态,纤维束早于基体形成损伤,承担主要载荷;纤维束编织路径对圆管的扭转损伤扩展有一定的影响,从损伤出现至结构完全失效的用时很短,损伤单元在扭转加载末期产生于圆管中部,并沿纤维束编织路径扩展,最终形成空间螺旋型损伤剪切带。

基于FEM的编织角对碳纤维圆管拉伸性能影响研究

本文在细观力学的基础上,建立有限元模型,以预测编织单胞的拉伸模量。首先,采用参数化建模建立二维三轴编织结构模型,并与实际样件比较,研究了编织角对编织圆管单层厚度和纤维含量的影响。结果表明,在同种建模方法下,随着编织角度逐渐增大,纤维体积含量呈现先增后趋于稳定的趋势,单层厚度出现变薄的现象,且纤维挤压堆积得以减轻。然后,通过有限元模拟,预测出单胞的应力应变和模量值;经对比,该预测结果与实验结果吻合。最后,采用东丽T700碳纤维和环氧树脂编织成二维三轴圆管,根据GB/5349标准进行了复合材料二维三轴编织圆管的轴向拉伸实验,研究了不同编织角度对二维三轴编织复合材料圆管轴向拉伸性能的影响,以及编织角度对模量的影响;结果表明编织角度越小,模量越高,轴向拉伸性能越好。

基于理想轨迹的圆管编织机锭子系统结构

圆管编织机锭子采用双导向块导向沿‘∞’字形轨迹运动,锭子几何中心运行轨迹与轨道中心线不完全重合,其偏移量引起锭子在理想轨迹左右振荡并导致编织机运行不稳定,严重影响编织机生产效率。分析引起锭子运行轨迹偏移的关键因素,并建立锭子运行数学模型,提出一种锭子几何中心沿等圆相切的轨迹线运行的理想轨道设计方案。该方案锭子运动采用单导向块导向,轨道中心线采用首尾相切的非等圆,且轨道等宽,实现锭子几何中心沿等圆相切轨迹运行。该设计方案可有效减小锭子在运行过程中的振荡,提高编织机运行速率和平稳性。

三维编织复合材料圆管力学性能研究进展

材料的力学性能对其后续应用会产生重要影响,当前国内外有关三维编织复合材料圆管力学性能的研究还不够深入。针对这一问题,探讨了三维编织复合材料圆管的细观结构特征,如单胞模型、内部编织结构以及单胞特性与编织工艺参数之间的联系等,研究了三维编织复合材料圆管在拉伸、压缩、冲击、扭转、疲劳等不同载荷下的力学行为及破坏模式,总结了三维编织复合材料圆管模拟仿真的思路方法,归纳了材料损伤演化模式/失效机理特性,指出了目前存在的问题及未来三维编织复合材料圆管力学性能的研究方向。