起圈织物泡沫夹芯复合材料Ⅰ/Ⅱ型断裂韧性研究

夹芯复合材料在受到弯曲、剪切和冲击等载荷作用下易发生脱层损伤。脱层损伤程度与Ⅰ、Ⅱ型断裂韧性密切相关。起圈织物由于在其厚度方向引入环状纤维束,增强了与芯层的结合能力,使其在抗分层方面性能优良。本文主要研究起圈织物泡沫夹芯复合材料的Ⅰ/Ⅱ型界面断裂韧性。根据试验标准分别制作了平纹织物泡沫夹芯复合材料和起圈织物泡沫夹芯复合材料。采用双悬臂梁试验(Double cantilever beam, DCB)和末端缺口挠曲试验(End notch flexure, ENF)对上述试验件的增韧机理进行了研究。研究表明,环状纤维束的引入大大提高了界面性能。起圈结构相较于平纹结构的Ⅰ型断裂韧性G_(ⅠC)提高了434%,Ⅱ型断裂韧性G_(ⅡC)提高了400%。通过建立有限元模型,采用内聚力模型来描述裂纹的扩展,数值结果与试验结果吻合较好。

起圈织物复合材料的力学行为与渐进损伤分析

研究了起圈织物增强复合材料层合板在拉伸载荷和层间剪切载荷下的力学行为。根据起圈织物的机织工艺,建立了起圈增强复合材料层合板的单胞模型;引入周期性边界条件,建立了起圈织物复合材料层合板的数值分析模型,以Von-Mises准则和三维Hashin准则分别作为起圈织物复合材料中基体与纤维束的初始失效准则。通过与试验结果对比,验证了仿真方法的正确性,并确定了起圈织物增强复合材料的损伤过程。该复合材料的研究对于含起圈织物的高力学性能囊体材料的分析与制备具有指导意义。

起圈织物增强层合板层间力学性能有限元分析与实验研究

建立了一种起圈织物增强层合板的平拉单胞模型,通过有限元计算预测其平拉强度。研究起圈织物增强层合板的复合成型工艺,制作了符合要求的实验件。对该种材料的短梁剪切、平拉、双面剪切性能进行了实验研究,获得了该材料主要层间力学性能参数,并与传统复合材料层合板的力学性能进行了对比,得出了一些有益的结论,为该材料的性能分析和结构优化奠定了基础。

起圈织物泡沫夹芯复合材料低速冲击性能研究

根据ASTM试验标准D7136,采用落锤冲击试验对起圈织物泡沫夹芯复合材料(U-cor)进行低速冲击试验研究。采用聚氨酯发泡工艺制备了四种夹芯密度、两种夹芯厚度、三种面板铺层的试验件,分别在5 J、10 J、15 J能量下进行冲击试验。试验结果表明:在较低能量冲击下,当夹芯密度较高时,接触力时间历程曲线接近于一条沿顶点对称的二次曲线;当冲击能量增加到一定程度后,含起圈织物夹芯板相比较同型号传统平纹织物夹芯板,最大接触载荷增加;由于起圈织物泡沫夹芯复合材料特殊的成型工艺,当夹芯的平均密度相同时,夹芯厚度的增加会带来冲击面附近局部刚度的增加,进而导致不同厚度夹芯板冲击响应存在较大差异以及抗冲击性能增加。

新型起圈织物增强蜂窝夹层板力学性能研究

复合材料夹层结构由于其优越的力学性能被广泛应用于当今航空工业,但是传统编织二维复合材料夹层板在厚度方向抗分层与抗剥离能力较差,起圈织物作为一种新型三维机织复合材料,可通过z方向预织的毛圈有效改善复合材料夹层板在厚度方向的力学性能。但目前国内对起圈织物增强夹层结构的力学性能研究较少。对起圈织物蜂窝夹层板的平拉力学性能进行研究,通过真空袋成型工艺制作了玻璃纤维起圈织物增强夹层板与传统玻璃纤维夹层板并完成平拉试验,获得了平拉载荷作用下的力-位移曲线与拉伸强度。试验结果表明起圈织物增强蜂窝夹层板具有更高的平拉模量与平拉强度。主要原因是固化时,起圈织物夹层板的蜂窝夹层中形成了环氧树脂胶柱体。胶柱体参与了芯材受力,增大了拉伸模量,同时嵌入胶柱体的毛圈也提高了起圈织物夹层板的平拉强度。由此可以得出结论:起圈织物可以有效提高蜂窝夹层板的平拉性能。最后就研究中出现的一些问题提出相应的改进方法与思路。