三维针刺工艺参数对碳纤维复合材料力学性能的影响

以碳纤维单向布/网胎针刺织物为增强体,以树脂为基体,制备碳纤维复合材料,探究针刺密度、针刺深度对其力学性能的影响。结果表明:拉伸性能随着针刺密度、针刺深度的增加,呈下降趋势,层间剪切性能呈先增后减趋势;针刺深度对拉伸性能、层间剪切性能影响比针刺密度的大;单向布/网胎叠层针刺复合材料在针刺密度25刺/cm2,针刺深度13 mm工艺参数下具有较优的综合力学性能,其面内拉伸性能为493 MPa,层间剪切性能为30 MPa。

针刺参数对玄武岩纤维预制体力学和热导率影响的有限元分析

针刺密度、针刺深度等针刺工艺会对纤维针刺预制体的性能造成显著影响。本文通过有限元分析方法,利用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,建立了玄武岩纤维针刺预制体的代表性体积单元(RVE)。研究了针刺深度和针刺密度对玄武岩纤维针刺预制体层间力学和热导率的影响,并结合实验结果分析了其影响机制。结果表明,不同纤维网胎层间主要依靠针刺纤维进行结合,增加针刺密度和针刺深度均可提高针刺预制体的剪切性能,但提高针刺密度的效果比提高针刺深度的效果更加明显。当沿针刺预制体z轴方向施加温度梯度时,热流矢量主要集中于针刺纤维中,且当增加针刺深度时上述现象更加明显。因此,增加针刺深度不利于针刺预制体的防热性能。

缝合工艺对复合材料面内弹性模量影响的有限元预报

建立了不同缝合密度、不同粗细缝线的碳纤维缎纹增强复合材料三维有限元模型,分别预报了缝线植入处基布全部损伤和部分损伤2种状况的面内弹性模量,并进行了实验验证。结果表明:随着缝合密度增加,复合材料的面内弹性模量降低,最大降低幅度约为44%,泊松比影响很小。较粗的缝线使得复合材料的拉伸剪切弹性模量降低,较细的缝线对面内弹性模量影响较小。与未缝合相比,不同直径的缝线的模量变化在9.6%之内。实验结果与有限元预报的规律一致。

缝合工艺在碳/碳复合材料的应用

研究了不同缝合间距和不同碳布对碳/碳缝合复合材料力学性能的影响。结果表明:在相同缝合间距下,缝合预制体的单元层厚度越薄,其碳/碳复合材料的综合性能越优异,且相比单元层性能,单元层厚度对其碳/碳复合材料的性能影响更显著;随着缝合间距变小,碳/碳复合材料拉伸强度整体呈现下降趋势,且降低幅度均增大,弯曲强度和层间强度呈现增加趋势,且增加幅度均增大。