Effects of Fiber Volume Fraction on Damping Properties of Three-Dimensional and Five-Directional Braided Composites

The effects of fiber volume fraction on damping properties of carbon fiber three-dimensional and five-directional( 3D-5Dir)braided carbon fiber / epoxyres in composite cantilever beams were studied by experimental modal analysis method. Meanwhile,carbon fiber plain woven laminated / epoxy resin composites with different fiber volume fraction were concerned for comparison. The experimental result of braided specimens shows that the first three orders of natural frequency increase and the first three orders of the damping ratios of specimens decrease, when the fiber volume fraction increases. Furthermore,larger fiber volume fraction will be valuable for the better anti-exiting property of braided composites,and get an opposite effect on dissipation of vibration energy. The fiber volume fraction is an important factor for vibration performance design of braided composites. The comparison between the braided specimens and laminated specimens reveals that 3D braided composites have a wider range of damping properties than laminated composites with the same fiber volume fractions.

四步法三维编织复合材料杆件的刚度与阻尼分析

旨在预测四步法三维编织纤维增强复合材料矩形截面杆类构件的刚度和阻尼。基于层合板类推法和能量耗散原理，导出了此类构件的各种刚度系数和比阻尼容量计算公式。分析中该复合材料被视为四个单向纤维复合材料部分叠合形成，各单向纤维复合材料部分的单位能量耗散被分解为与σｘ′、σｙ′、σｚ′、τｙ′ｚ′、τｘ′ｚ′、τｘ′ｙ′对应的六个分量。

三维编织复合材料面内刚度和强度性能研究

以修正的经典层合板理论为基础，分析三维编织复合材料的力学性能。在单胞的长度方向积分和平均，预测编织结构复合材料的有效弹性模量；采用蔡－胡多项式失效准则，得到三维编织复合材料的强度性能。另外，进行编织结构复合材料的力学性能实验，探讨纺织工艺参数，如纤维编织角、横向编织角、轴向纱数与编织纱数之比、纤维体积含量等对力学性能的影响，理论预报和试验结果进行对比，发现该力学模型能较好地预报三维编织复合材料的刚度和强度性能。

三维编织复合材料的微结构与力学性能研究进展

综述了国内外近年来对三维编织复合材料细观结构力学模型和力学性能的研究进展。细观结构力学模型研究主要是通过分析三维编织体的拓扑结构建立力学分析模型,主要有"米"字枝状模型、纤维倾斜模型和三细胞模型。对力学性能的研究包括刚度性能和强度性能研究,刚度性能的预测分析方法有解析法、基于均匀化理论的方法和有限元数值仿真;而强度性能的预测大多采用有限元方法来进行。最后,总结了目前研究中存在的问题并对以后的工作进行了展望。

碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座力学性能试验研究

对适用于大跨空间结构的碟簧-叠层橡胶三维复合隔震支座进行隔震性能试验研究,该支座由叠层橡胶与下部碟簧装置串联组成。水平方向,试验测试了简谐波激励下支座的滞回性能,考察了剪应变、竖向压力及加载频率对其水平力学性能的影响;竖直方向,对支座的等效刚度及等效阻尼比进行试验研究,考察了加载幅值、预压力及加载频率对其竖向滞回性能的影响,同时考察竖向刚度的变化对叠层橡胶支座水平力学性能的影响。结果表明,三维复合隔震支座在水平及竖向均有较好的滞回性能,水平方向等效阻尼比在0.07~0.11之间,其值随着竖向压力的增加而增大;竖向等效阻尼比在0.1~0.2之间,竖向加载频率对其影响不大;竖向刚度的降低使支座的水平等效刚度、等效阻尼比增加。

三维编织复合材料空心断面梁的刚度分析

基于层合板类推法和一阶剪切变形位移理论,分析了三维编织复合材料空心断面梁的刚度导出了此类构件拉伸、弯曲、扭转、剪切及各种耦合刚度系数的计算公式这些刚度系数被表为纤维与基体的类型、纤维编织角、纤维体积百分比、空心断面的几何尺度等的函数图2,表1。

碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究

对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究;对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型,建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示:单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右,在70.0%应力水平的疲劳载荷下,面内剪切刚度退化最大可达30%左右;三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高;随着疲劳循环加载数的增加,三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。