三维编织复合材料拉伸模量的有限元分析

利用改进的单胞模型对三维四向编织C/QY9511复合材料的拉伸行为进行有限元模拟,得到其在固定编织角下拉伸模量随纤维体积含量变化的曲线,并与实验值进行比较;结果表明,随着纤维体积含量的增加,其拉伸模量也在增加.     

三维四向编织复合材料参数化单胞模型建立及弹性规律数值预测

基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)采用规则六面体单元建立参数化的三维四向编织预制件网格模型。提出增强相单胞网格提取算法,实现三维四向编织复合材料增强相参数化单胞网格模型的提取。在增强相单胞网格提取算法中,针对单胞边界面与单元的相对位置关系归纳出的单元分割情况共有36种,其中六面体14种、三棱柱19种、四面体3种。基于Fortran语言编写单元提取和再重组程序,通过ANSYS代码数据库接口实现Fortran程序与ANSYS软件间高效的数据传递。计算纱线填充因子对三维四向编织复合材料单胞纤维体积分数的影响关系。联合区域叠合技术与增强相单胞网格提取算法,通过施加应力加载的周期性边界条件,预测三维四向编织复合材料的弹性性能,数值预测结果与试验吻合较好,并进一步得出编织角和纤维体积分数对三维四向编织复合材料弹性性能的影响规律。     

三维编织复合材料振动阻尼特性的实验研究

采用悬臂梁自由振动衰减实验方法研究三维编织复合材料的振动阻尼特性,分析编织角、纤维体积含量和编织结构对三维编织复合材料振动阻尼特性的影响.根据测量得到的三维编织复合材料的频率和模态,确定材料的纵向弹性模量.结果表明,三维编织复合材料的阻尼性能随编织角的增大、纤维体积含量的降低而提高;而五向编织结构的材料阻尼性能比四向编织结构的材料优异.此外,确定的纵向弹性模量随编织参数的变化规律与文献中的结果一致.     

三维四向编织复合材料弹性性能细观分析

从四步法 1× 1编织复合材料细观结构的代表性单胞模型入手 ,将预成形件划分为三个不同的区域 ,识别预成形件的两种局部单胞 (内部单胞和表面单胞 )模型 ,将单胞中的四个不同方向的纤维束看成是空间四个不同方向的单向复合材料 ,纤维束的性能可以等价于单向复合材料的宏观性能。采用复合材料中的细观力学分析方法 ,计算单向复合材料的弹性常数。认为每一纤维束的纤维体积含量与整个单胞的纤维体积含量相等。研究了三维编织复合材料代表性单胞模型的弹性常数预测 ,探寻三维编织工艺参数与力学性能之间的关系 ,利用刚度体积平均概念 ,预测三维四向编织复合材料的弹性常数 ,理论值与试验值取得了理想的吻合。     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。     

织物细观结构参数对三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响

提出倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能预测模型,考虑材料实际的编织结构和相邻纤维束之间的孔隙,讨论织物细观结构参数对倾斜内锁型三维机织陶瓷基复合材料弹性性能的影响.通过两个重要细观结构参数分析探讨不同结构参数对纤维体积含量和曲屈率的影响,并进一步给出纤维体积含量和曲屈率对弹性性能的变化关系.另外还对编织陶瓷基复合材料制造过程中材料的高温损伤进行初步分析.     

三向正交C/C复合材料弹性性能预测与分析

根据三向正交C/C复合材料的细观结构,建立典型单胞模型,运用均匀化法预测了材料的9个工程弹性常数,与试验值误差较小。采用预测的弹性常数对三向正交C/C复合材料开孔板的拉伸力学行为进行有限元模拟,得到的孔边应变与试验值吻合。讨论了该材料偏轴向弹性性能,分析了组分性能对材料弹性性能的影响。材料主方向拉伸模量主要由纤维控制,剪切模量由基体控制,当偏轴角为45°时,面内剪切模量转为纤维控制。     

基于随机场的复合材料单层板模量分散性研究

由于原始材料性能分散性及制造工艺中各种因素的交叉影响,导致复合材料层合板的力学性能具有较大的分散性。文中基于随机场理论,利用局部平均法对复合材料单层板的模量分散性进行数值研究。其中考虑纤维和基体模量、纤维体积分数以及纤维方向角的随机性,且对纤维提出"各向异性"相关函数,分析各随机变量对单层板等效模量分散性的影响。所得结论对改进工艺及制定试验标准有一定参考意义。     

3D-C/SiC复合材料的高温拉伸性能

研究了 3D C/SiC复合材料从室温到 15 0 0℃真空条件的拉伸性能。试验材料用T30 0碳纤维编织为三维四向编织体 ,编织角为 2 2° ,用CVI法在 95 0℃～ 10 0 0℃沉积热解碳界面层、SiC基体。最终得到纤维体积分数约为4 0vol%、热解碳界面层厚度约 0 .2 μm和空隙率为 17vol%的复合材料 ,表面SiC涂层厚度为 5 0 μm。试验在超高温拉伸试验机上进行 ,真空度为 10 -3 Pa ,夹头位移速率为 0 .5 95mm/min。结果表明 ,拉伸应力 应变曲线是非线性的 ,大部分拉伸曲线基本由三段折线组成 ,对应着三段模量。第一阶段的模量和基体裂纹饱和应力对应的应变εsa 基本不随温度的升高而改变 ;第二和第三阶段的模量、损伤开始应力σmc、基体裂纹饱和应力σsa、断裂应力σf 和损伤开始应变εmc随温度有相似的变化规律 ,即随温度升高而增加 ,在 110 0℃ ～ 130 0℃范围内出现最大值 ,尔后随温度增加而下降 ;但是断裂应变的变化规律正好与此相反。试样机械加工后 ,由于残余应力部分得到松弛 ,并去除了表面SiC涂层开裂后引起的应力集中 ,因此材料断裂强度和断裂应变明显升高。高温和室温的拉伸断裂应变小于0 .6 % ,不能有效地松弛材料切口处的应力集中。测量了拉伸过程中试样的电阻相对变化率 ,它与载荷的关系曲线总的走势与拉     

三维编织复合材料细观几何建模及动态力学性能的研究进展

三维编织复合材料因内部存在由连续纤维束形成的空间网状结构,相比于传统层合复合材料具有更高的层间强度,相比于金属材料具有更高的抗冲击损伤和抗裂纹扩展能力.详细介绍了三维编织复合材料的细观几何建模方法,综述了三维编织复合材料动态拉伸、压缩性能,动态失效准则以及高速冲击性能等方面的研究进展,指出三维编织复合材料在细观几何建模和动态拉伸试验方面的未来研究方向.