三维四向编织复合材料压缩力学性能实验研究

通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩实验,研究了三维四向编织复合材料的抗压力学性能.实验结果表明:材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大,随编织角的变化,编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化.编织角度较小时,材料表现为脆性特征;当编织角度大于某个临界角度时,材料的应力-应变曲线趋于非线性,更多地表现为塑性破坏.     

板状三维四向编织复合材料压缩细观破坏机理的实验研究

通过对三维四向编织复合材料薄板试件的宏观压缩破坏实验及其声发射信号的分析, 研究了该材料的抗压力学性能及其失效机理。实验结果表明: 材料的编织角对其压缩力学性能的影响很大, 随编织角的变化, 编织复合材料的压缩破坏机制发生了变化, 编织角小时, 材料表现为脆性特征; 当编织角大于某个临界角时, 材料的应力-应变曲线趋于非线性, 更多地表现为屈曲破坏。试验过程中采集到的声发射信号能有效地监测材料内部损伤演化过程。      

三维编织复合材料力学性能的实验研究

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究，得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律。实验结果表明：三维编织复合材料具有良好的力学性能，而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响，这些结果为进一步研究复合材料的强度反作用失效问题奠定了实验基础。     

三维四步编织复合材料刚度和强度的数值模拟

为了研究三维四步法编织复合材料的力学性能,利用ANSYS有限元软件对材料的细观体胞模型进行数值模拟,计算三维编织复合材料的宏观弹性常数,讨论了纤维编织角和体积比对弹性常数的影响。采用不同的强度准则分别对纤维束和基体材料进行强度校核,从而得到材料发生破坏时失效单元的体积百分比。根据失效单元的分布情况分析材料的破坏机理,进而预报材料的拉伸强度。模拟计算结果与实验值吻合较好。     

三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料在热环境中的拉压力学性能实验

针对不同编织角度的三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料,进行了热环境下的轴向拉伸和压缩力学性能实验研究,讨论了温度对三维四向编织复合材料的轴向拉伸和压缩力学性能的影响,并根据宏观断裂形貌和SEM图像分析了材料的破坏和断裂机制。结果表明,随着测试温度的升高,三维四向编织碳纤维/环氧树脂复合材料的纵向拉伸强度有小幅提高,而纵向压缩强度显著降低。在室温条件下,编织角对材料的纵向拉伸破坏特征没有影响,而对材料的纵向压缩破坏特征有较大影响。随着测试温度的升高,不同编织角度复合材料的纵向拉伸和压缩的损伤破坏形态均与室温条件下明显不同。      

三维编织复合材料压缩力学性能的实验研究

通过宏观压缩实验,研究了三维四向编织复合材料的抗压力学性能;同时,为了认识其压缩失效机理,对压缩试件的破坏断口进行了扫描电镜分析。实验结果表明:纵向压缩模量比横向压缩模量大得多;影响纵向压缩力学性能的主要参数是材料的编织角,随编织角的变化,复合材料的纵向压缩破坏机理发生了变化,编织角较小时,材料表现为脆性特征;当编织角大于某个角度,材料的应力-应变曲线趋于非线性,延性增加,更多地表现为塑性破坏特征。此外,横向压缩的破坏机理与纵向压缩明显不同。     

三维编织复合材料的弯曲和压缩性能探讨研究

对四步法三维编织结构增强树脂复合材料的弯曲,压缩性能进行了实验研究,获得了该材料的主要力学性能参数及变形,破坏规律,结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织结构及复合材料性能有较大的影响,这些结果为进一步研究编织复合材料的强度失效问题奠定了试验基础。     

二步法方型三维编织复合材料力学性能及影响因素

对具有不同细观结构参数的二步法方型三维编织复合材料试件进行了轴向拉伸、三点弯曲及轴向压缩的力学性能测试,获得了这种结构材料的基本力学性能数据。针对其细观结构特点,从宏观角度分析了编织纱的种类、编织纱与轴纱的线密度之比以及编织节距长度等参数对力学性能的影响。实验和分析结果表明:二步法方型三维编织复合材料的轴纱对轴向拉伸和压缩性能起主导作用;节距长度增大,编织纱越粗,轴向拉伸强度、拉伸模量以及轴向压缩强度和模量均有增大的趋势。      

三维四向大编织角复合材料的细观强度分析

编织角是影响三维编织复合材料力学性能的最重要因素.实验数据表明:大编织角复合材料在单向拉伸作用下的破坏形式较为复杂,其应力-应变曲线呈现非线性特性.本文建立了细观应力场的均匀化列式和有限元求解方法,运用该方法对三维大编织角复合材料的细观应力分布进行了数值模拟,结合相关的强度理论对材料进行失效分析,并进一步对材料的拉伸强度进行预测.强度计算结果与实验结果较为吻合.     

三维六向编织复合材料渐进损伤模拟及强度预测

基于三维六向编织复合材料的细观结构,假设第六向纱线的截面形状为菱形,建立了三维六向编织复合材料的渐进损伤有限元模型。采用Linde等提出的失效准则,引入周期性位移边界条件,对三维六向编织复合材料的纵向拉伸应力-应变行为进行了渐进损伤数值模拟,讨论了单胞模型在纵向拉伸载荷作用下的细观损伤起始、扩展和最终失效的演化过程,并预测了材料的拉伸强度。在此基础上,进一步研究了编织角、纤维体积分数和编织纱水平取向角等参数对材料纵向拉伸力学性能的影响规律。研究结果表明,三维六向编织复合材料的轴向纱线拉伸断裂是导致其破坏的最主要因素。所得数值结果与现有试验值吻合较好,验证了该模型的有效性,为更深入研究此类材料的力学性能奠定了基础。     

三维五向编织复合材料纵向性能的实验研究

通过对具有不同编织结构参数的三维五向编织复合材料试件的纵向拉伸和压缩实验,分析了该类材料的纵向拉、压刚度和强度随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式.三维五向编织复合材料在破坏前基本保持线弹性,纵向拉、压破坏具有脆性特征,拉伸模量和压缩模量比较接近,但拉伸强度远大于压缩强度.编织角和纤维体积含量对材料性能的影响显著,纱线粗细的影响不大.提高第五向纱线的比例,可提高材料的纵向性能.此外,研究中采用短标距薄板试件,以避免试件产生整体屈曲和端部纤维束开裂破坏.     

Experimental Investigation of the Strain Rate Dependent Behaviour of 2D Biaxially and Triaxially Reinforced Braided Composites

The performance of 2D biaxially and triaxially reinforced braided carbon fibre composites under dynamic loading is evaluated in the presented study. The accurate manufacturing of tensile specimen made of braided sleeves is explained particularly with regard to efficiency and reproducibility. In order to determine reliable strain rate dependent properties, the high-speed testing procedure is discussed. Using five materials, the parameter identification is described and relevant material data is provided. The measured stiffnesses and strengths are used to predict the non-linear stress-strain behaviour with an earlier proposed phenomenological damage model for textile composites. The gained orthotropic property-profile provides the input parameters for a numerical analysis of braided composite components using the calibrated model.     

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。      

Internal Strain Measurement in 3D Braided Composites Using Co-braided Optical Fiber Sensors

3D braided composite technology has stimulated a great deal of interest in the world at large. But due to the three-dimensional nature of these kinds of composites, coupled with the shortcomings of currently-adopted experimental test methods, it is difficult to measure the internal parameters of this materials, hence causes it difficult to understand the material performance. A new method is introduced herein to measure the internal strain of braided composite materials using co-braided fiber optic sensors. Two kinds of fiber optic sensors are co-braided into 3D braided composites to measure internal strain. One of these is the Fabry-Parrot (F-P) fiber optic sensor; the other is the polarimetric fiber optic sensor. Experiments are conducted to measure internal strain under tension, bending and thermal environments in the 3D carbon fiber braided composite specimens, both locally and globally. Experimental results show that multiple fiber optic sensors can be braided into the 3D braided composites to meas     

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的黏弹性能

基于均匀化理论建立了预测具有微观周期性结构复合材料黏弹性能的力学模型。利用此模型并结合有限元法分别研究了纤维束和三维编织复合材料的黏弹性能。通过对计算结果的分析, 给出了三维编织复合材料黏弹性能随工艺参数变化的规律。结果表明, 三维编织复合材料编织方向的黏弹性效应随编织角的增大而增强, 随纤维体积比的增大而减弱, 此规律与实验结论一致。     

The prediction on mechanical properties of 4-step braided composites via two-scale method

The two-scale method (TSM) is successfully applied to the prediction for the mechanics parameters of 4-step three dimensional braided composites, including stiffness parameters and strength parameters. The two independent micro-structure parameters, the braiding angle and the fiber volume fraction, are investigated in this paper. Both of them are implicitly included in the fabric of the unit cell of 4-step braided composites with 1 × 1 pattern. They directly influence the strength of 4-step braided composites, including tensile strength, bending strength and torsion strength. And then, the curves of the strength along with the braiding angle and the fiber volume fraction are illustrated. By the comparisons with experimental data, the two-scale method is validated to predict the mechanics parameters of 4-step braided composite materials.     

三维编织复合材料测试中声发射信号的分析与研究

论述了声发射技术在三维编织复合材料弯曲过程中的应用及实验方法,给出了声发射在三维编织复合材料中弯曲过程的特征.为了精确地知道材料的损伤部位,声发射源信号的采集非常重要.试验结果表明,考虑到声发射源定位研究的准确性,建议采用波形分析法.在声发射信号的采集过程中比较了参数分析法和波形分析法.根据信号的衰减程度,选择较准确的声发射源信号.利用小波变换的不同算法得到了三维编织复合材料较准确的声发射信号.     

三维多向编织复合材料温度效应综述:热传导、热膨胀性质和力学响应

三维编织复合材料因其结构整体性好、综合性能优异,已成为航天、航空、国防领域部分主承力构件和高功能制件的首选材料。然而,三维编织复合材料结构件在服役过程中不可避免地处于高温、低温或温度急剧变化等恶劣环境,由于三维编织复合材料增强体和基体热物理性能的巨大差异将严重威胁结构尺寸的稳定性及结构使用寿命。本文主要从实验、理论和数值仿真研究三方面,综述了近年来国内外对三维多向编织复合材料热物理性能和温度效应影响下力学性能的研究成果及研究进展。首先分析了现有研究中编织工艺、编织参数、环境温度、界面、缺陷等因素对三维多向编织复合材料热传导性能和热膨胀性能的影响规律。其次以细观结构、全尺寸、多尺度模型为主分析了不同结构几何模型的区别与联系。最后探讨了高、低温环境温度和不同载荷形式对三维多向编织复合材料组分材料损伤、失效形态及热力耦合行为的影响机制,并同时总结了现有研究工作中的重点与发展方向。      

碳纤维三维立体织物中纤维表面改性的均一化研究

采用阳极氧化法对碳纤维三维织物进行了表面处理。通过复合材料的界面强度、抗冲击性能和抗压性能,研究了阳极氧化处理工艺参数对碳纤维三维织物复合材料性能的影响。实验结果表明该方法不仅能对三维织物表层的碳纤维进行表面改性, 而且能深入织物内部, 实现对碳纤维三维织物的均一化处理, 从而使碳纤维三维织物/酚醛复合材料的界面强度均得到大幅度提高, 复合材的整体性能得到改善。