三维全五向编织复合材料的特性及制备

三维编织复合材料是一种先进复合材料,在航空航天等尖端领域的应用越来越广泛。本文分析了传统三维编织复合材料的优势、用途及存在的缺陷和不足,并提出了改进该材料性能的可能途径,即发展一种新的三维全五向编织复合材料。针对三维全五向编织复合材料这种新型的编织形式,提出了几种可能的工艺实现途径,指出用四步法编织是对材料性能影响最小,最可能实现工业化生产的途径。最后,以三维全五向编织法兰为例,对其在制备过程中的材料选择、模具设计及固化工艺进行了详细的讨论。     

三维四向编织复合材料弯曲性能的实验研究

分别对编织角度为30和45度的三维四向碳环氧编织复合材料进行了不同厚度试件的弯曲实验,验证了材料的破坏模式、本构关系与试件几何尺寸的相关性.研究表明:弯曲破坏无明显的破坏裂纹,当载荷增加到了极限载荷,载荷不再增加而位移依然逐渐变大.当进行卸载时,大部分的弹性变形都可以得到恢复,仅剩余很小的塑性变形.另外改变试件的厚度对材料的载荷位移关系没有影响.     

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.     

三维全五向编织复合材料弹性性能及热物理性能的有限元分析

在三维全五向(Q5D)编织复合材料细观结构模型的基础上, 建立了其单胞参数化有限元模型。通过施加合理的边界条件, 计算得到了Q5D编织复合材料的弹性常数、 热传导系数和热膨胀系数, 所得结果与现有的实验数据吻合较好。在此基础上, 深入研究了纤维体积分数、 编织角等工艺参数对材料弹性性能和热物理性能的影响规律, 并将计算结果与三维四向(4D)和三维五向(5D)编织复合材料的相应结果进行了对比。结果表明, Q5D编织复合材料具有较好的力学性能和纵向导热性能, 其零膨胀结构的可设计性更强, 为进一步研究此种结构材料的强度问题和热力耦合问题奠定了基础。     

三维全五向编织复合材料弹性性能及热物理性能的有限元分析

在三维全五向(Q5D)编织复合材料细观结构模型的基础上,建立了其单胞参数化有限元模型.通过施加合理的边界条件,计算得到了Q5D编织复合材料的弹性常数、热传导系数和热膨胀系数,所得结果与现有的实验数据吻合较好.在此基础上,深入研究了纤维体积分数、编织角等工艺参数对材料弹性性能和热物理性能的影响规律,并将计算结果与三维四向(4D)和三维五向(5D)编织复合材料的相应结果进行了对比.结果表明,Q5D编织复合材料具有较好的力学性能和纵向导热性能,其零膨胀结构的可设计性更强,为进一步研究此种结构材料的强度问题和热力耦合问题奠定了基础.     

3D编织碳纤维复合材料的制备及其屏蔽性能的研究

用三维五向3D编织技术和模压成型工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基电磁屏蔽复合材料,测试结果表明,三维五向编织结构可形成良好的导电网络,基于该结构制成的碳纤维复合材料屏蔽效能最高可达85dB,编织体整体化学镀镍可使材料的屏蔽效能提高约15dB,镀镍后的复合材料在14kHz～18GHz频段内具有较高的屏蔽效能,最高可达95dB。同时发现,该材料的屏蔽性能显示各向异性,这与编织体的纤维取向和电磁波的极化方向有关。     

三维全五向编织预型件的概念

三维编织复合材料是新型的先进材料,在航空航天高技术领域具有特殊的优势并发挥的重要作用.分析了传统三维编织复合材料的优势和不足,指出了影响该材料大范围推广应用的障碍,特别针对现有三维五向编织复合材料力学性能上的缺陷进行了分析,从材料细观结构角度提出了改进途径,给出了三维全五向编织复合材料的概念,指出了今后该材料可发展的应用领域.     

立体多向编织结构对复合材料性能的影响

本文采用1×1,1×2和1×3三种不同的编织结构对轴向增强和非增强三维多向编织复合材料的性能进行了研究。对编织复合材料的拉伸强度、刚度和弯曲强度、刚度进行了实验分析。结果表明;三维编织复合材料具有良好的性能。编织结构对复合材料性能有较大的影响。纤维表面编织角和纤维体积比是影响复合材料性能的重要结构参数。通过轴向加入非编织增强纤维,使编织复合材料的拉伸强度和模量,弯曲强度和模量有了较大改善。      

三维全五向编织复合材料的细观结构分析

针对三维全五向编织复合材料,研究了其四步法编织工艺的实现过程,并详细描述了编织复合材料各控制区域内纱线的空间走向及运动规律,在此基础上建立了能反映三维全五向编织复合材料基本结构的几何单胞模型。通过分析编织物内纱线间的空间挤压关系,设定合理的假设,计算了全五向编织复合材料的纤维体积含量,并分析了纤维体积含量与编织工艺参数之间的关系,为进一步研究该材料的力学性能奠定了基础。     

三维全五向编织预型件的概念EI

三维编织复合材料是新型的先进材料,在航空航天高技术领域具有特殊的优势并发挥的重要作用.分析了传统三维编织复合材料的优势和不足,指出了影响该材料大范围推广应用的障碍,特别针对现有三维五向编织复合材料力学性能上的缺陷进行了分析,从材料细观结构角度提出了改进途径,给出了三维全五向编织复合材料的概念,指出了今后该材料可发展的应用领域.     

变截面三维编织复合材料的净形制备及弯曲性能

介绍变截面三维编织预型件的减纱净形制备工艺,通过实验观察与理论建模相结合的方法,分析减纱对预型件细观结构的影响,对比整列减纱、行单元减纱与切削复合材料在变截面区域的弯曲性能。结果表明表面与内部减纱单元是减纱时的基本单位,保证编织规律不变是减纱工艺的基本原则;表面或内部单元减掉后分别会形成两组特殊的纱线轨迹,其中一组纱线的长度与编织角大小较不减纱时增大,而另一组纱线只改变编织角的方向;行单元减纱与整列减纱复合材料的弯曲性能均明显优于切削试件,且行单元减纱试件的弯曲性能比整列减纱试件略高。     

基于均匀化理论的三维编织复合材料弯曲细观应力数值模拟

从基于小参数渐近展开的多尺度均匀化理论出发,对三维编织复合材料的弯曲细观应力进行数值模拟。首先给出了等效弹性模量和细观应力的均匀化列式及有限元求解方程,然后讨论了三维编织复合材料细观单胞周期性边界条件的施加方法,最后对三点弯曲作用下三种单胞内应力分布进行了数值模拟。通过模拟比较了不同类型单胞及不同编织角材料弯曲应力的差异,总结出一些有益的结论,这些结论与实验结论都比较吻合。     

三维编织碳复合材料的制备及其力学性能研究

采用真空辅助RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(C3D/EP)复合材料,通过对树脂的粘度特性和固化特性的分析,确定了最佳的工艺参数.金相显微镜对复合材料微观结构的观察表明树脂对纤维的浸润良好.同时,还研究了该工艺制备的C3D/EP复合材料的力学性能,结果表明随着纤维体积比的增加,复合材料的硬度、弯曲强度和冲击强度均提高,断口的扫描电镜观察表明复合材料的破坏方式是以脆性断裂为主.     

碳纤维/铜纤维混编酚醛树脂基摩擦材料的制备及其弯曲性能

以碳纤维和铜纤维为原料制备了三维四层深交联机织物,并将酚醛树脂和其他填料组成树脂体系,然后将二者进行复合成型,制成三维深交联摩擦材料。通过改变织物纬向的铜纤维含量及位置获得四种深交联机织摩擦材料,探究不同位置和含量的铜纤维对摩擦材料纬向弯曲性能的影响。结果表明:摩擦材料的弯曲性能随着铜纤维含量的增加而减小;当铜纤维处在摩擦材料预制体中间层时,会降低复合材料的弯曲性能。材料的破坏模式具体表现为树脂基体的碎裂,以及纤维的抽拔及断裂。     

吸湿后三维编织复合材料剪切性能研究

本文对三维四向编织复合材料和长碳纤维复合材料吸湿后的剪切性能进行了研究。从试验角度得到了吸湿对复合材料的剪切性能的影响规律。并对试件断口进行了扫描电镜观察，从微观角度对复合材料的破坏机制进行了分析。     

Quasi-Isotropic Triaxially Braided Cellulose-Reinforced Composites

In this article, we investigate experimentally and analytically the mechanical properties of a natural fiber quasi-isotropic triaxially braided composite. The composite is prepared from triaxially braided regenerated cellulose fibers and a high-bio-content epoxy resin system using a resin infusion process. Simultaneous mechanical loading, digital image correlation, and acoustic emission tests were performed on notched and unnotched specimens to understand the tensile behavior of the composites and the initiation and propagation of damage. Experimental results were compared with the effective tensile properties determined using an analytical model. The model is a discrete three-layer analytical representation based on a mechanics transformation-based representation of the quasi-isotropic braided layers. The model is used to determine the elastic stiffness and Poisson effects based on the constituent properties such as the fiber volume fractions, the waviness of the bias tows, and the relative thickness of the braided preform. The experimental results show the analytical model's ability in predicting the composite's elastic properties. The unique fabric architecture is found to have a large influence on the strength properties across the different specimen geometries investigated.     

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯具有超高的比表面积和优异的力学性能, 是铜基复合材料理想的增强体。传统的粉末冶金工艺很难解决石墨烯在铜基体中的分散问题, 以及石墨烯与铜基体结合性差的难题。随着近些年研究者对石墨烯-铜界面问题深入的探索, 一些新的制备工艺不断出现。本文系统地介绍和对比了近几年石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺, 概述了关于石墨烯/铜复合材料力学性能的研究进展, 总结了石墨烯增强铜基复合材料力学性能的机理, 并对未来石墨烯增强铜基复合材料的研究重点进行了展望。     

MXene/铜合金复合材料的制备与性能研究

采用分子级混合方法及SPS烧结技术制备了Ti₃C₂T_x含量分别为5vol%、10vol%和20vol%的Cu/Ti₃C₂T_x复合材料, 研究了Ti₃C₂T_x含量对铜基复合材料的导电性、力学性能及摩擦磨损性能的影响。研究发现: 随Ti₃C₂T_x含量增加, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的相对密度及电导率均持续下降, 拉伸强度则先升高后下降; 当Ti₃C₂T_x含量为5vol%时, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的拉伸强度相比纯铜提高了43%。添加Ti₃C₂T_x可以明显改善Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的摩擦磨损性能, 当Ti₃C₂T_x含量为10vol%时, Cu/Ti₃C₂T_x复合材料的磨损率仅为2.55×10^-7 mm³/(N·m), 比纯铜降低了一个数量级。