三维正交机织复合材料单胞特征单元及其应用

基于三维正交机织复合材料,提出了一种特征单元均匀化分析方法。用“特征单元”来表示能够反映单胞的几何构造细节和材料构造细节的单元。首先用一般有限元方法对三维正交机织复合材料单胞进行分析得到总体刚度矩阵,利用该矩阵的特征向量建立了单胞的特征单元。通过比较特征单元的刚度矩阵元素和利用传统均匀化方法得到的刚度矩阵元素,说明了特征单元能够反应单胞的几何构造和材料构造细节。为了验证特征单元的有效性,分别用特征单元、传统均匀化方法和一般有限元方法计算了三维正交机织复合材料梁的固有频率,结果表明特征单元精度比传统均匀化方法高,而计算量比一般有限元方法大幅度降低。

三维正交机织复合材料弹道冲击实验及破坏模式

本文用钢芯弹对三维机织复合材料作弹道冲击测试。得到了弹体的入射速度和剩余速度,比较了常见几种材料的弹道性能评价参数的差异,并考察侵彻破坏模式和靶体最后的损伤破坏形态。在300-800m/s冲击速度范围下观测了材料的冲击破坏形态,发现机织复合材料受弹面和子弹出射面破坏形态不一样,受弹面主要是以纤维的压缩、剪切破坏以及基体开裂为主,出射面以纤维的拉伸、厚度方向的纱线断裂为主要破坏模式。通过对破坏模式和形态的分析,可以帮助建立更加准确的破坏准则,从而在设计抗弹材料时起到一定的作用。

三维机织复合材料的弯曲疲劳性能

在材料测试系统MTS上,采用三点弯曲加载方式对超厚三维正交机织复合材料(玻璃纤维/不饱和聚酯)分别进行静态及疲劳试验,对该材料的疲劳性能进行探索和预测。结果表明,材料的疲劳衰变主要分为3个阶段:产生小裂纹的初始阶段;损伤累积扩张阶段;材料刚度加速退化,疲劳破坏阶段。材料中纤维的体积含量不仅对其静态力学性能影响很大,对弯曲疲劳性能同样起到决定性作用。通过对弯曲疲劳加载后的剩余模量进行理论分析,验证了理论分析和实验数据之间的一致性,为实际预测复合材料剩余模量提供了依据。

纬纱接结的三维正交机织物结构

为了研究正交机织物的实际结构,采用玻璃纤维在剑杆织机上织制了纬纱接结的6层经纱5层纬纱的正交机织物,然后利用VARI工艺与聚酯树脂复合,制成了复合材料板材试样,并在显微镜下观测纱线的形状。研究发现:三维正交机织物的经、纬纱基本呈直线状态,接结纬纱是曲线与直线组合的形状,且形状与在织物中的位置有关,越靠近织物中央,接结纬纱的直线部分越短;接结纬纱使其限定的经纱产生聚集现象,在复合材料中产生贫富树脂区,接结纬纱形状的变化也使织物的结构不均匀。对织造过程的分析表明,造成接结纬纱形状变化的原因是织物形成过程中接结纬纱的滑动,从织物边部到中央,接结纬纱的滑动阻力逐渐增大,接结纬纱的张力也逐渐增大。

三维整体织物结构的复合材料设计及弯曲性能探讨

复合材料的性能与其增强结构有关.探讨了正交结构的机织三维整体织物的设计和成型工艺.对两种正交组织的机织多层整体结构的复合材料弯曲性能试验结果表明,纤维含量高,纱线屈曲程度小,材料对疲劳载荷越不敏感.

经向T结构预制体成型关键技术

为解决采用传统的“压扁-还原”的机织方法制备三维纺织品预制体成型的局限性问题,通过深入研究织造连续性、整体性T结构预制体的成型技术,采用以正交组织为基础,通过经纱接结绑定,以机织的方法织造梁高与底面厚度相等且一次成型的T结构三维机织物。对织造工艺进行优化改进,织造了接结纱跨越不同的纬纱列数的2种T结构三维机织物,测量了不同区域的尺寸。结果表明:1个完整组织循环中,为使跨越底面区域的浮线下沉且满足织造尺寸要求,底面区域纱线数约是总纱数的一半;当纬纱跨越2个纬纱列时,织物表面的平整度和成型性更好。