角联锁结构中经纬纱排列的数字表达及其规律

为简便快速地设计复杂的角联锁结构,对该结构进行描述与分析,发现其经纱浮沉存在一定的规律性,即只需给出第1根经纱在每列纬纱中的纬浮点个数就可获得其结构图。利用此规律,提出一种简单有效的方法设计不同的角联锁结构。这种方法是通过数字排列来设计多层角联锁结构示意图。并分析了其需满足的基本条件,进而得出n层实口角联锁有2n-2种设计方法。在实口角联锁结构设计方法的基础上,得到空口角联锁结构与共纬角联锁结构的设计方法。实践证明,这种方法借助于CAD绘图软件使复杂的角联锁结构设计变得简单快捷。

碳/环氧3D角联锁结构复合材料压缩性能的实验研究

碳/环氧3D层-层正交角联锁结构复合材料是很有应用潜力的材料,然而,到目前为止,这种材料的力学性能数据较少,影响了其可靠性的评估。本研究通过测试四种不同结构的角联锁结构复合材料的压缩性能,客观地评价了结构与压缩性能的关系。实验结果和分析表明:四种结构的复合材料在相互垂直的经向和纬向均具有较高的压缩强度和压缩模量;经纱密度大的结构其经向压缩强度也大,同样,纬纱密度大的结构其纬向压缩强度也大;呈伸直状态的衬纱对提高其所在方向的压缩模量贡献很大。

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．

三维角联锁结构复合材料的力学模型

基于等应力、等应变和文中提出的其它3个不同的组合力学模型,采用取向平均法,对4种不同结构的三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量进行了预测。理论预测与实测结果的对比表明,组合力学模型更适用于预测三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量;一种组合力学模型适用于预测一种三维角联锁结构复合材料的工程弹性模量,而且即使对同一种角联锁结构材料而言,沿不同方向的工程弹性模量也应选用不同的组合力学模型来预测。

角联锁结构三维织物的设计

论述正则角联锁和空口角联锁结构三维组织织物的设计方法与上机要点。通过分析不带衬垫纱和带衬垫纱两种结构贯穿的方式、构成参数的计算、组织图与上机图的特点以及角联锁结构三维组织织物织造时的特殊问题,指出:设计时还需合理选择纱线线密度和筘号、合理设计上机张力、正确选择织轴数量,可确保利用二维织机织造三维织物。

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。

共纬角联锁结构关系式的探讨

角联锁织物复合材料是三维复合材料的一种。在角联锁结构中有两个系统纱线,其中一个纱线系统沿着厚度方向与另一纱线系统屈曲交织,可形成稳定的结构,且结构改变灵活能够满足多种力学性能的需要,有良好的应用前景。文章简述了三维机织复合材料的发展与应用,以角联锁复合材料预成型件作为研究目标,研究几种不同结构角联锁组织结构,分析空口与共纬角联锁结构的形成过程,推导共纬最大值与非最大值角联锁结构相应关系式,得出一个适用于实口与共纬角联锁结构的通式。对共纬角联锁织物结构设计具有参考意义。

机织三维角联锁结构织物复合板材的制备与力学性能研究

利用真空辅助成型工艺,将机织三维角联锁结构织物与树脂结合制备机织三维角联锁结构织物复合板材。测试不同单位体积纤维含量和不同织物层数的机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能,并与纤维随机分布的复合板材进行比较。研究表明:机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能高于相同单位体积纤维含量的纤维随机分布的复合板材,且当单位体积纤维含量在55.37%时,机织三维角联锁结构织物复合板材的力学性能最佳;对于单位体积纤维含量一定的机织三维角联锁结构织物复合板材,随着织物层数的增加,其力学性能提高。

三维角联锁机织复合材料的制备及其弯曲压缩失效机制

为掌握三维纺织结构复合材料在准静态下的失效机制,以碳纤维角联锁预制体为增强体,环氧树脂为基体,采用树脂传递模塑成型工艺制备三维角联锁机织复合材料,并对试样进行匀速载荷下的三点弯曲和压缩试验。采用X射线计算机断层扫描技术观测材料内部结构的损伤情况,并分析材料的失效机制。结果表明:三维角联锁机织复合材料的弯曲强度达到136.43 MPa,弹性模量接近20 GPa,材料的抗弯曲性能优异;基体开裂、下表面纤维断裂和分层是材料的主要弯曲失效模式;材料沿厚度方向的压缩应力达到266.17 MPa,具有良好的抗压缩性能;当承受压缩载荷时,材料在厚度方向上的主要破坏机制表现为剪切破坏。

角联锁机织复合材料的面内高速冲击破坏过程

制备层层结接角联锁机织复合材料。采用高速摄影方法采集冲击加载瞬间复合材料面内变形、裂纹扩展和渐进破坏细节,并将高速破坏帧图与应力-应变曲线的每个阶段对应。实验研究表明:面内冲击加载下的角联锁机织复合材料在达到其最大应力后将经历应力快速衰退(裂纹扩展与演化关键阶段)和应力缓慢衰退(持续破坏阶段)两个阶段。相比于面内经向受载,面内纬向受载时复合材料具有更高的模量和强度。且经向和纬向具有明显不同的高速破坏过程:经向受载时,层间裂纹沿着经纱屈曲路径扩展,迅速形成遍布材料厚度方向的多条剪切带而导致材料彻底碎裂;纬向受载时,层间裂纹只在面内方向演进,始终未能突破厚度方向上的经纱束缚,具有较强的抗冲击分层效果。

三维角联锁机织复合材料面内低温冲击压缩损伤

研究三维角联锁机织结构复合材料面内方向在20℃、-40℃和-80℃温度场下、应变率在300/s~1000/s范围内的冲击压缩性能,采用高速摄影观察复合材料在20℃下的渐进破坏损伤过程,并借助光学显微镜和扫描电镜分析不同温度下复合材料的失效模式。结果表明:温度和应变率对面内方向复合材料力学性质具有影响。经向压缩主要是剪切失效模式,而纬向压缩为分层失效模式,随着应变率增大和环境温度降低,复合材料破坏形态更严重。

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。

多层机织预成型体结构及力学性能研究

三维机织预成型体具有良好的层间力学性能、结构稳定性和可设计性,可实现多层整体织造,满足高厚一体化的使用要求,已在航天器天线罩性能测试用随炉试样、战术导弹空气舵等结构功能一体化部件上应用。目前,随着我国武器型号的升级换代和更高的性能要求,对其面内±45°方向和经向力学性能提出了进一步强化的指标要求。对几种典型角联锁机织结构及其力学性能做了对比分析,研究了其发展现状,为多层角联锁机织预成型体的应用研究提供理论参考。

多层机织结构预成型体防弹性能研究

防弹复合材料通常由层压板复合而成,但其层间力学性能较差,存在不均匀性、各向异性等问题。而纺织结构复合材料中纤维束排列稳定,在冲击损伤容限和能量吸收方面存在可设计性以及增强结构的广泛性。以高强聚乙烯纤维为原料,采用改进后的3D机织工艺对比3D正交结构和3D角联锁结构的防弹性能,并对试验结果做出分析,为防弹性能的工程应用提供理论指导。

3D八层板材预制件的织制

为得到具有三维立体结构的八层板材预制件,采用下接上的角联锁结构进行层间连接的织制方法。织制结果显示,所得八层板材织物具有一定厚度和足够的层间剪切应力,可以作为预制件用于汽车和飞机座椅坐垫等产业领域。

3D机织物增强复合材料板的力学性能

以玻璃纤维为原料 ,在普通平面织机上试织成各种结构的 3D机织物 ,并用环氧 -聚酰胺树脂体系 ,通过手糊成型工艺制得各种结构的复合材料板材。经性能测试 。

机织高厚玻璃纤维布的边经交织状态分析

以机织角联锁结构复合材料基布为例，分析了上机织造时如何确定穿综顺序、每筘齿穿入数、引纬顺序和引纬方向，为以后在有梭织机上织造类似织物提供了可借鉴的经验．

基于多综眼的纬向T型结构多筋机织物的设计与织造

为了解决传统织机织造效率低下以及异型织物织造难度大的问题,设计了一种基于多综眼的纬向T型结构多筋机织物的织造工艺。通过研究整体T型结构机织物的成形技术,采用多层角联锁结构为基础,结合多综眼织机的特性,设计经向截面图并绘制纹版图,通过机织方法织造了梁高和基座厚度相同的纬向T型结构多筋机织物。结果表明:采用五综眼织机相较于单综眼织机织造效率提升了5倍,织造基于多综眼的纬向T型结构多筋机织物是可行的。

三维机织预型件的织造技术

纺织复合材料预型件的生产工艺有多种,其生产路径主要由最终用途决定。三维机织物是通过对传统织造原理改进加工而成的。二维机织复合材料是一种由二维织物构成的层合材料,而三维机织复合材料是复杂几何结构的整体构件。三维机织复合材料预型件有许多优点,最重要的优点是它避免了二维层合材料的分层现象。介绍了三维机织预型件的织造方法,为纺织复合材料的开发提供了有益的借鉴。