Theoretical and Experimental Analyses of Poisson Ratios for Plain-Woven Fabrics

A theoretical model with extensible yarns for plain-woven fabrics is developed to determine the calculation of Poisson ratios.The stress ratio( warp: weft),as one of parameters corresponding to Poisson ratio variations, is introduced to complement the theoretical model. To evaluate the reliability of the theoretical analysis,a series of biaxial tensile tests of a plain-woven fabric with nine stress ratios are conducted carefully,and the theoretical results are compared with the experimentally measured values. The effects of other influencing factors, including geometric and mechanical parameters of yarns,on Poisson ratios are analyzed thoroughly.This solution method could be applied without difficulty to estimations of Poisson ratios and realistic designs for plain-woven fabrics.

PVDF膜材双轴全域拉伸非线性及力学参数研究

为了明确织物膜材从拉伸到破坏整个过程的双轴拉伸性能,以典型PVDF涂层聚酯织物为研究对象,通过七个应力比下的双轴单调拉伸试验,利用编写的MATLAB程序获得了涂层织物复杂的变形性能和精确的弹性参数,并对其变形和力学参数进行响应面分析,揭示了涂层织物在不同应力水平和应力比下弹性模量、泊松比和正交各向异性的演化规律。结果表明,全域应力范围内材料的弹性参数和正交各向异性特征随着应力比和应力水平的改变而显著变化。此外,基于单、双轴拉伸应力-应变的关系,引入了表示双轴单调拉伸试验中拉伸与收缩比例的刚度耦合系数,推导出了弹性模量公式,其计算值与试验值吻合较好。研究所得结论可为膜结构工程中织物膜材的拉伸力学性能以及膜面破坏分析提供有益参考。

基于MMF理论的平纹织物复合材料细观强度性能研究

为探究平纹织物复合材料的组分细观强度,笔者基于细观力学失效(micro-mechanics of failure, MMF)理论提出了一种确定平纹织物复合材料细观强度的跨尺度分析方法。建立了单向带复合材料和平纹织物复合材料纤维束的细观尺度代表体积单元有限元模型,并介绍了基于代表体积单元模型的宏-细观应力转换方法;根据单向带复合材料的宏观强度测试结果确定了单向带复合材料的组分细观强度;以单向带复合材料组分细观强度为基础,根据组分强度不变的假设反推了平纹织物复合材料的纤维束强度,并以平纹织物复合材料层板宏观强度试验结果对反推所得的纤维束强度进行了校验与修正;以纤维束强度为基础,结合细观尺度代表体积单元模型,确定了平纹织物复合材料的纤维、基体组分强度。针对T300/环氧复合材料,应用上述方法并结合宏观强度测试,确定了平纹织物复合材料的组分细观强度。研究结果表明所提出的分析方法和计算结果与实验结果较为符合,可应用于实际工程复合材料。

织物结构对复合材料力学性能影响的试验研究

为探讨不同结构形式织物对复合材料力学性能的影响及其损伤破坏机制之间的差异,通过宏观拉压试验,研究了经编及平纹碳纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸及压缩力学性能,并利用声发射对试验过程进行实时监测,对破坏后的断口进行显微镜观察分析,分别给出了两种材料的拉伸和压缩破坏机制.研究结果表明:织物结构形式对复合材料的力学性能有较大影响,与经编织物复合材料相比,平纹织物复合材料的拉伸、压缩强度均较低,且其拉伸、压缩破坏试样的断口相对齐平,分层现象不明显;根据声发射监测结果可以判定两种复合材料损伤过程中的损伤类型,与经编织物相比,平纹织物复合材料拉/压过程中的声发射电压信号相对稳定且整体强度较低.

平头弹冲击作用下平纹织物的动态响应分析

利用LS-DYNA有限元软件模拟了平头弹垂直冲击作用下平纹织物的动态响应,分析了织物的变形、纱线断裂、冲击载荷以及能量吸收特性,讨论了不同弹体冲击速度对织物动态响应的影响。结果表明:平头弹冲击作用下织物的破坏形式为弹体边缘的剪切破坏。在弹体贯穿织物过程中,纱线应变能、纱线动能和摩擦耗散能是弹体动能转变的主要能量形式。结果还表明,当弹体冲击速度小于临界速度时,织物吸收的能量随冲击速度的增加而增大,弹体冲击速度大于临界速度时织物吸收的能量逐渐降低。本文数值模拟结果与已有实验结果进行了对比,分析表明平头弹冲击织物时的横向偏移变形和吸能特性曲线均吻合较好。

碳纤维增强复合材料的铣削实验和微观形貌分析

针对纤维增强硬脆难加工复合材料,提出采用立放方式对工件进行铣削,在此基础上分析其切削表面的加工质量及其微观形貌。以平纹碳纤维复合材料(CFRP)为研究对象,采用立放方式进行铣盲槽实验,分析切削区上表面的加工质量,并用扫描电镜(SEM)分析槽壁和切屑的微观形貌。研究结果表明:随着切削速度vc的增大,分层因子Fd平均减小30.44%,而随着进给速度vf的增大,Fd平均增大73.49%;从纤维断口的微观形貌可知纬纱的典型断口形貌主要有5种,而与纬纱差别较大的经纱典型断口形貌主要有2种;从槽壁和切屑的微观形貌可知,铣刀切出侧由于易产生严重缺陷而成为工件立放铣削的薄弱处,由于经纬交织结构在一定程度上降低了槽前端壁切削表面的整体粗糙度,且槽底切削表面的加工质量较好,因此工件采用立放方式的铣削具有可行性。

基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:1.RVE的有限元模型

为更准确预测平纹织物复合材料的强度,基于平纹织物层合板内纱线的细观分布,建立具有双凸结构的特征体积单元RVE(representative volume element)有限元模型。模型内纱线浸渍体为弹性体,物性值随纱线走向变化,树脂为塑性体。利用有限元分析软件ANSYS,使用20节点solid单元分别对纱线、树脂进行离散,通过数值分析计算复合材料模量,并根据复合材料内纤维与基体的失效准则预测单胞强度。结果表明:通过有限元模拟得到的弹性模量值同理论计算值及实测值均一致,且预测的单胞强度同复合材料实际强度相吻合;RVE有限元模型支持参数化建模,对平纹织物复合材料的强度预测有很好的应用价值。

弹体撞击作用下平纹织物的动态响应分析

利用LS-DYNA有限元软件模拟弹体撞击作用下平纹织物的动态过程,分析织物断裂前的变形特性以及能量吸收特性,讨论边界约束条件和弹体形状对织物动态响应的影响。结果表明:纱线应变能和纱线动能是弹体动能转变的最主要形式,在给定计算的时间内,对于四边无约束、对边固定约束和四边固定约束3种边界条件,不论弹头形状采用平头、半球头和卵形头中的哪一种,两者之和占弹体动能损失量的比例不小于74.6%。模拟结果还表明,边界约束条件和弹体形状对织物的变形、应力分布以及能量吸收特性均有明显影响。边界条件不同,纱线动能和纱线应变能占弹体动能损失量的比例会发生较大变化,织物的能量吸收特性也不同。弹体头部形状不同,受撞击区影响的纱线数目也不同,弹头越钝,织物中抽拔出的纱线数目越多。从织物结构的抗弹性能角度看,织物结构抗钝头弹体的穿透能力要优于尖头弹体。

平纹机织物空间参数化模型及仿真

为真实反映平纹机织物的空间结构形态,探索织物三维仿真的新途径,从织物结构入手,在Peirce模型的基础上,用圆弧和切直线描述纱线的屈曲形态,用圆形描述纱线的截面形状,并基于坐标变换的原理,建立了以空间曲面描述平纹机织物纱线三维形态的数学模型。在此基础上,建立了纱线空间曲面捻转模型和纱线纤维化曲面模型。采用MatLab语言编程,对平纹机织物进行不同经纬纱线和密度、不同结构相下的三维仿真,使织物更具有真实感。此外,通过颜色插值、添加光源等方法处理可显著提高仿真效果。

卵形弹斜冲击作用下平纹织物的动态响应分析

利用LS-DYNA有限元软件模拟了卵形弹倾斜冲击作用下平纹织物的动态响应,分析了织物的变形、纱线断裂以及能量吸收特性,讨论了边界约束条件对织物动态响应的影响。结果表明:在弹体贯穿织物过程中,纱线应变能和摩擦耗散能是弹体动能转变的主要形式。在给定的计算时间内,对于四边无约束、对边(经向和纬向)固定约束和四边固定约束的四种边界条件,两者之和占弹体动能损失量的比例不小于80.5%。模拟结果还表明,边界条件对织物的变形、纱线断裂以及能量吸收特性均有明显影响。边界条件不同,纱线断裂数目不同,弹体动能损失量转变成其它能量的比例也不同,导致织物的能量吸收特性也发生变化。

复合材料中平纹机织物的压缩性能

针对RTM工艺中闭模时对织物造成的压缩问题,利用压缩试验对平纹机织物在受压时的厚度与纤维体积含量的变化和压缩参数进行研究,并采用CCD显微摄像仪获取了不同压缩程度下复合材料制件的横截面图像。结果表明:织物的干湿态和受压缩次数对织物的压缩性能有明显影响;织物在卸除载荷后发生部分回弹,初始织物的体积压缩性能随着压缩次数的增加而下降;从结构上看,纤维的间隙和富树脂区随着压缩程度的增大而减小,纱线的屈曲状态和横截面受压产生严重变形。

自润滑关节轴承现状及发展

简述了自润滑关节轴承的发展历程;阐明了国内外自润滑关节轴承技术和理论的研究现状;指出了我国在自润滑关节轴承技术方面存在的一些不足,并展望了我国自润滑关节轴承技术的发展趋势。

基于图像处理的素色机织物密度识别

探讨基于数字图像处理技术的素色机织物密度自动识别方法。采用数字图像处理技术采集机织物彩色图像,经图像灰度化、选取定点、经纬纱方向纠偏与裁剪、计算经纬纱亮度投影曲线、确定经纬纱纱线间隙位置等步骤,最终实现机织物经纬密度的自动识别,并与人工目测法进行比较。结果表明:图像法测量准确度高、时间短、效率高,对平纹、斜纹、缎纹素色织物有较好的适应性。认为:该方法可用于素色机织物密度的自动识别。

含多处分层损伤平面编织层合板自由振动特性研究

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究多处椭圆内埋型分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,分别讨论分层类型、位置和数目或深度诸参数对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层深度越深,越靠近固支端,损伤对层合板固有频率的影响越大;纵向椭圆内埋分层对平面编织层合板固有频率的影响比横向椭圆内埋分层要更严重。

基于有限单元法的平纹织物复合材料强度预测:2.复合材料层合板拉伸过程的有限元分析

针对实际使用中平纹织物复合材料铺层角度问题,将0°/45°/90°/-45°铺层的层合板作为有限元分析对象,研究其犬骨试验件在单向拉伸作用下的响应。分析过程中,将试样视作宏观均匀的弹性材料,利用已得出的平纹织物复合材料的物性值,以8节点块单元对模型进行离散,通过分步施加载荷,得到复合材料的应力与应变曲线。与实测值作对比发现,仿真结果同实测结果相吻合。将节点反力作为复合材料单胞模型的边界条件,对复合材料进行失效预测。结果表明:角度铺层设计可以减弱细观结构的开裂和分层;且在承受相同的拉伸应力下,铺层复合材料单胞内树脂单元失效的数量少,因此具有更高的强度。

平纹织物拉伸断裂强力的理论分析

对平纹织物拉伸过程中的经纬纱受力关系进行了研究，建立了计算平纹织物拉伸断裂强力的数学模型，并进行了分析计算。

半球头弹体撞击作用下平纹物动态响应的数值模拟

利用数值模拟方法研究了半球头弹体与平纹织物的撞击作用,分析了不同摩擦系数和边界条件时平纹织物的弹道吸能特性。数值模拟结果表明,织物纱线间的摩擦效应对其弹道吸能特性影响相当敏感,增大纱线间的摩擦系数,可以提高织物纱线获得的动能和应变能,增大弹体动能损失量,因此有利于提高织物的抗弹能力。边界条件对弹体动能损失量产生直接影响,当织物四边固定约束时,其弹道吸能特性最佳。

一种通用的机织物密度图像自动识别方法

探讨一种通用的机织物经密纬密图像自动识别方法。采用数字图像处理技术采集机织物彩色图像,经图像灰度化、经纱纬纱方向纠偏、经纱纬纱亮度投影曲线、漏检与去异常点、单根经纱纬纱分割等步骤,最终实现机织物经密纬密的自动识别,根据相邻纱线间隙位置差与均值的比值实现纱线颜色突变漏检与去异常点。结果表明:颜色突变系数、异常点突变系数能准确实现漏检和去异常点,实现单根纱线正确分割,图像法测量准确度高、速度快、效率高。认为:该图像自动识别方法对素色机织物、单色机织物、多色机织物及印花织物均有较好的适应性。

无捻纱平纹机织物机械强力研究

使用扯边纱条样法、单舌撕破法、弹子法对无捻纱平纹机织物和有捻纱平纹机织物的拉伸断裂强力、撕破强力以及顶破强力进行了比较研究。发现无捻纱织物的机械强力低于相应的有捻纱织物的机械强力,并分析了原因,提出了改善无捻纱机械强力的方法。

蜂窝形和T字形立体机织物的织造要点

探讨蜂窝形和T字形立体机织物的织造要点。介绍了蜂窝形和纬向T字形立体机织物的设计与织造方法,包括截面形状设计、上机参数选择、上机图设计和织造步骤等。最终在普通小样织机上成功织造出了蜂窝形和纬向T字形立体机织物,节省了生产成本,织造的织物可控性好。认为:该类织物的规模化生产还需较长的时间才能实现。