三维五向编织复合材料中纱线截面形状实验分析

采用CCD显微摄像仪获取了树脂基三维五向编织复合材料的一系列截面图像,分析了编织复合材料内纱线的排列规律及其截面形状的变化。实验结果显示:沿编织成型方向,三维五向编织复合材料的不同横截面内纱线的排列方式不同,且呈周期性变化;编织纱线的截面形状近似为扁平的凸透镜形;第5向不动纱的轴线基本保持伸直,其截面形状沿其轴向近似为扇形和三角形相互过渡变化;表面编织纱线的排列方式与内部编织纱线的排列有关,其截面形状近似为椭圆形。

三维多向编织复合材料T型梁抗弯应力分析

针对三维多向编织复合材料结构件承载细观结构优化设计的问题,以三维编织复合材料T型梁为对象,对其抗弯性能进行模拟分析。基于细观结构单胞模型,采用刚度体积平均法计算具有不同编织角的三维四向、五向和六向编织复合材料的弹性常数;利用有限元软件Patran/Nastran计算T型梁承受弯曲载荷的应力应变,分析纤维束交织结构和细观结构参数对T型梁抗弯性能的影响。结果表明,纤维体积含量一定时,三维六向较三维四向、五向编织复合材料的弹性性能更接近各向同性,同时选择比较大的编织角,可提高T型梁抗弯的承载能力。此方法可为异型三维编织复合材料构件细观结构的选型与参数设计提供参考。

缝合连接三维编织复合材料拉伸性能试验研究

研究了多种缝合方向、搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响，并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明：缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比，拉伸强度下降了25％～50％，初始模量下降了35％～55％；搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大，拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征，当搭接长度与试件宽度的比值在2．5左右时，试件的拉伸性能较好，与未缝合的三维整体编织试件相比，仅下降了25％；相对而言，中密度缝合试件的拉伸性能最优；缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。

复合材料中纱束的几何形态

在预测三维机织复合材料力学性能时,将纱线特别是纬纱横截面假设成何种形状一直众说纷纭。本文中假设纬纱截面形状分别为圆形、跑道形、凸透镜形、矩形,经纱横截面形状为矩形,采用刚度平均法和等应变力学模型计算了4种角联锁结构复合材料的弹性模量,经与复合材料的数字图像对比分析和实验验证表明,圆形纬纱截面形状假设与数字图像相差较大,与其它截面形状假设的弹性模量预测结果相差也较大,跑道形、凸透镜形、矩形等纬纱截面形状假设彼此间弹性模量预测结果的差异很小,与实验数据也具有较好的一致性。

三维编织复合材料低速冲击试验与分析

针对三维编织复合材料在制造、使用和维护过程中受到外来物体的低速冲击而造成结构损伤及承载能力下降的问题,使用Instron Dynatup 9250HV冲击试验机对高强玻璃纤维增强环氧树脂基三维四向、三维五向和三维六向编织结构复合材料试样的抗冲击性能进行研究,建立编织结构和冲击性能之间的联系。试验结果表明:不同编织结构对冲击响应不同。与四向和五向编织结构材料相比,三维六向编织结构复合材料发生主要损伤时所需的冲击载荷和冲击能量较大,主要损伤持续时间最短,吸收的能量最少。未穿透情况下,三维编织复合材料低速冲击的主要失效模式有基体开裂和纤维断裂。

缝合连接三维编织复合材料弯曲破坏形式分析

试验设计了相同搭接长度、不同缝合密度的几组缝合连接三维编织复合材料试件。研究了三维编织预制件的连接形式（缝合搭接连接和未缝合搭接连接）对三维编织复合材料弯曲性能的影响，并与三维整体编织复合材料的弯曲性能进行了对比。试验结果表明，与未缝合搭接试件相比，缝合连接试件的弯曲强度提高了20％-50％，弯曲模量提高了5％-15％。说明在预制件连接上，缝合工艺具有明显的优势。缝合连接试件与三维整体编织试件相比，弯曲强度下降了30％～50％，弯曲模量下降了10％-30％。同时，讨论了这些试件弯曲的破坏形式。

缝合连接三维编织复合材料弯曲性能试验研究

研究了缝合密度、搭接长度和编织角对缝合连接三维编织复合材料弯曲性能的影响。实验结果表明,搭接长度和缝合密度对弯曲性能影响较大,不同缝合密度试件的弯曲强度均与搭接长度成正比;搭接长度25、40、55 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而增大,但编织角35°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增加而减小,编织角20°、搭接长度70 mm试件的弯曲强度随缝合密度的增大呈现先增大后减小的规律;编织角对搭接长度70 mm试件的弯曲性能影响显著,对于中密度和高密度缝合试件,编织角20°的试件弯曲强度大于编织角35°的试件,而在低密度缝合试件中表现出相反的规律。

三维机织预制体结构对C/C复合材料力学性能的影响

本工作设计并用炭纤维织造了两种不同结构的三维预制体,即三维角联锁结构(JLS)和三向正交结构(SZJ),采用化学气相渗透(CVI)致密和液相树脂浸渍/炭化的增密工艺,制备出C/C复合材料,测试并对比分析了拉伸性能和冲剪性能。结果表明:预制体结构对C/C复合材料的力学性能有很大影响,同时决定拉伸断裂破坏模式。三向正交结构C/C复合材料的力学性能好于三维角联锁结构的C/C复合材料。

三维机织C／C复合材料的摩擦磨损性能

采用碳纤维织造了三维角联锁和三向正交2种不同三维机织物,首先采用化学气相渗透(CVI)使其致密,再采用液相树脂浸渍/碳化的补充增密技术,制备出粗糙层结构热解碳和树脂碳双元基体C/C复合材料;对该C/C复合材料进行摩擦磨损实验,采用光学显微镜、扫描电镜对三维机织物增强的C/C复合材料的摩擦面以及磨屑形貌进行观察,对其磨损机理进行分析。结果表明:三维角联锁C/C复合材料比三向正交C/C复合材料的摩擦因数低(分别为0.40和0.48),二者的摩擦性能均稳定,后者比前者磨损量小,说明Z向纤维束有利于提高摩擦因数并降低磨损量。

纤维体积分数对三维编织复合材料T型梁模态性能的影响

采用悬臂梁自由衰减振动的实验方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能,分析了纤维体积分数对其固有频率和阻尼的影响。将实验得到的固有频率结果与有限元得到的固有频率结果作了对比。结果表明:三维四向编织复合材料T型梁的模态性能与激振点位置无关。且其固有频率随纤维体积分数的增大而提高,阻尼性能随纤维体积分数的增大而降低。通过阵型可以准确判断T型梁固有频率的阶数。实验结果与计算结果相一致。

复合材料z-pinning技术的应用与发展

简单介绍了z-pin的种类和复合材料z-pin的拉挤工艺。重点综述了利用热压罐和UAZ两种z-pinning技术及z-pinning在复合材料层板、结构件连接及泡沫夹层复合材料中的应用,同时,提出了当前发展z-pinning技术的对策和建议。

三维角联锁结构复合材料等效弹性性能有限元分析

在复合材料承载时变形协调的前提下,采用CAD软件绘制三维织物单元体几何模型,然后导入结构分析有限元软件包,对工程中常用的带衬经三维角联锁结构复合材料的弹性性能进行分析,并将0°和90°方向弹性性能预测值及实验值与取向平均法预测值进行比较。结果表明,采用的有限元方法所得预测值及实验值与取向平均法预测值之间具有很好的一致性。

三维五向编织复合材料强度的有限元分析

在已有三维五向编织复合材料单胞实体模型的基础上,基于等应变假设和最大应力失效准则,采用3D有限元法建立了三维五向编织复合材料的拉伸强度有限元分析模型。利用该模型计算了试件的拉伸强度,与现有实验数据进行对比,吻合较好。数值模拟表明:三维五向编织复合材料主要的拉伸失效形式为轴纱的正应力破坏,与已有文献的观测结果一致。

复合材料剪切性能的研究进展

本文综述了当前复合材料剪切性能方面的主要研究内容,不同结构对复合材料剪切性能的影响。对剪切性能进行研究的主要试验和理论分析方法进行了总结,并对复合材料在剪切性能方面的发展研究进行了展望。

纤维增强复合材料疲劳性能研究进展

随着科技的发展,纤维增强复合材料作为一种新型材料越来越多的应用于众多领域。然而,纤维增强复合材料的疲劳性能对应用具有重要影响。本文根据近年来国内外有关复合材料疲劳性能的研究和探索,综述了纤维增强复合材料疲劳性能的定义、机理以及影响因素,并提出了当前存在的一些问题。

亚麻/PP复合材料的制备及其弯曲性能研究

将亚麻纤维作为增强体,与聚丙烯(PP)纤维进行混合,同时与PP长丝形成PP包覆亚麻的纱线结构,利用机织工艺织造成机织布作为复合板材的预制件,采用层合热压方法制备亚麻/PP复合材料。通过对板材弯曲性能进行测试,研究了制备工艺、纱线结构以及亚麻纤维含量(质量分数)等因素对复合材料弯曲性能的影响。研究结果表明,"三明治"铺层方法制备的板材较"混纤法"制备的板材体现出更优异的弯曲性能;与加捻纱相比,包覆纱结构板材表现出更优良的弯曲性能;以亚麻/PP包覆纱为增强体的复合材料,当亚麻纤维质量分数为46%时,其弯曲性能最优良。

聚丙烯／亚麻复合材料的制备及其冲击性能的研究

以亚麻纱线作为增强体与聚丙烯(PP)纤维按不同质量比进行混合,制备出PP长丝包覆的包覆纱,利用机织工艺织成二维机织布作为复合材料的预制铺层,采用热压法进行层合热压,制备出亚麻增强PP复合材料板材。通过对板材冲击性能的测试及分析,研究了制备工艺、纱线结构及纤维含量等因素对复合材料冲击性能的影响。结果表明,当亚麻纱线质量分数为68%时板材的冲击性能最好;"三明治"(纯亚麻织物与聚丙烯纤维毡交替铺层)法制备的板材表现出较好的冲击性能;0°/0°板材在受到冲击时比0°/90°板材吸收的冲击能更多,表现出较好的耐冲击性。

复合芯材相变微胶囊及调温SMS墙纸的制备及性能研究

为了研究不同芯材的微胶囊及其对纺粘—熔喷—纺粘(SMS)非织造布墙纸调温性能的影响,利用原位聚合法,分别以正十八烷、正二十烷及两种烷烃以质量比1∶1混合的混合烷为芯材,以三聚氰胺-尿素-甲醛(MUF)树脂为壁材,制得三聚氰胺-尿素-甲醛/正十八、二十、混合烷相变微胶囊。通过SEM、DSC等手段分析其样貌特征、热焓值等。通过干法涂层工艺将3种微胶囊整理至SMS织物上,制得智能调温织物。通过SEM、红外测温仪、强力测试仪、织物透气量仪等仪器测试方法,研究整理后织物的表面形貌、强力变化、透气率变化和不同芯材微胶囊调温效果的差异。结果表明,相变微胶囊形状均一,粒径分布集中,球形表面光滑。经相变微胶囊整理后的织物具有一定的调温蓄热功能,升降、温过程中均有较为明显的平台期,混合芯材具有调温范围广、作用时间长的优点。断裂强力与拉伸断裂伸长率均有提高,这些都有利于作为墙纸的使用性能。

三维五向编织复合材料的力学性能分析Ⅰ：细观结构模型

通过观察CCD显微摄像仪获取的三维五向编织复合材料的截面图像,分析了纱线的排列规律及其截面形状的变化,建立了三维实体单胞模型,该模型合理地反映了纱线的交织状态和截面形状。基于该模型建立了编织工艺参数之间的几何关系。将预制件的外型尺寸和体积含量的计算值与实测值进行比较,吻合较好,为材料进一步的有限元分析奠定了基础。

三维机织复合材料结构表征与实体造型

利用经纱脉络描述法解决了任意三维机织复合材料的结构表征问题;提出了单胞分解法与亚胞向量概念,实现了三维结构的二维化、数字化,根据数字表征结果和经典截面假设构造了初始断裂模型;使用一种迭代算法对初始断裂模型进行优化,使纱线束逐步逼近真实形态,进而实现三维实体造型,在此基础上进行网格剖分。研究结果表明,迭代算法能够使纱线形态趋于自然,使造型结果接近实际。数值分析结果表明,迭代算法中的经纬纱退让系数介于0.6~0.7之间时,迭代收敛速度最快。