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相似文献
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1.
基于对三维角联锁结构复合材料真实细观结构的图像分析,建立了几何分析模型,在该模型中假设经纱的横截面呈矩形,纬纱的横截面呈凸透镜形,并运用刚度平均原理,推导出了以角联锁结构复合材料预制件的7个宏观设计参数和纤维、树脂的弹性性能指标为参数变量的弹性性能计算公式,在此基础上编制了能提供三种选择的计算机预测软件,即选择组织结构、力学模型和任意一个偏轴角,从而初步实现了角联锁结构复合材料弹性性能的细观设计.实验结果表明,依据本研究提出的几何分析模型并采用刚度平均理论预测的等效工程弹性常数与实际测得的值之间总体趋势相同,数据基本相符.  相似文献   

2.
复合材料中纱束的几何形态   总被引:1,自引:0,他引:1       下载免费PDF全文
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。  相似文献   

3.
为准确预测三维角联锁机织复合材料的宏观弹性性能,对基于CT图像几何参数实测数据建立的内单胞和面单胞细观实体模型进行数值分析,其中面单胞模型采用组合面单胞形式,并开展了三维角联锁机织超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维/聚氨酯复合材料的经向拉伸实验。结果表明:基于两单胞模型预测该复合材料的宏观弹性模量与实验结果吻合较好,组合面单胞的经向拉伸模量小于内单胞;经向拉伸时复合材料在经纱间接触面处、纬纱沿宽度方向的端部和经纱与基体的交界面处易出现应力集中现象;当纬纱层数小于30层时,应该考虑表面区域对复合材料整体力学性能的影响。   相似文献   

4.
2. 5维机织结构复合材料的几何模型   总被引:11,自引:1,他引:10       下载免费PDF全文
基于经纱矩形截面及纬纱双凸透镜截面假设 , 分析了 2. 5 维机织复合材料的细观几何结构 , 重点考虑了该结构表层经纱与内部经纱密度的不同及相同机织结构合成不同厚度和纤维束截面的情况 , 建立了 2. 5 维机织复合材料的单胞几何模型。该几何模型可以计算各种 2. 5 维机织结构单胞内各纱线系统的形态 , 包括取向角和纤维体积分数。通过对 8种结构 28 个试件纤维体积分数的测定 , 与计算预测结果的对比表明本文中建立的几何模型较好地反映了 2. 5维机织复合材料的内部结构。此外 , 利用本模型计算分析了 3 种不同结构的纤维体积分数和取向角。结果表明 : 单胞内经纬纱交织的次数是决定纤维体积含量的一个关键因素 ; 直联结构相比弯联结构 , 其经纱取向角明显降低。  相似文献   

5.
任意结构三维机织复合材料弹性性能的计算机模拟   总被引:13,自引:5,他引:8       下载免费PDF全文
提出纱态概念, 解决了任意结构三维机织预制件的结构表征问题, 提出了交叉等效曲面板模型, 借助三次多项式插值原理, 建立了反映三维机织复合材料本构关系的计算机模拟模型, 并以试验进行了验证。  相似文献   

6.
采用改进的经纱脉络法表征三维机织复合材料结构, 并将单胞分解为亚胞晶阵, 提出屈曲形态码概念, 并利用编码中蕴含的信息以分段样条曲线拟合纱线中心线; 采用经纬纱互相规仿的方法, 以分段样条曲线拟合纱线截面轮廓线, 进而以解析法建立了预制件的几何模型; 将所建模型与电镜照片进行对比, 获得了较好的一致性。研究结果表明: 可用分段样条曲线描述预制件中纱线的形态; 精度相同时, 互规法建模效率远高于迭代法。  相似文献   

7.
三维机织复合材料力学性能的各向异性   总被引:3,自引:0,他引:3  
通过一系列的实验、分析, 客观地评价了4 种不同结构碳/ 环氧3D 层-层正交角联锁机织复合材料沿0°、30°、45°、60°、90°方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量。实验结果表明: 三维机织角联锁复合材料属正交各向异性材料, 各个方向的拉伸、压缩、弯曲强度和模量曲线呈枫叶形, 具有明显的双主轴特性; 4 种不同结构复合材料的各向异性力学性能有差异, 经向力学性能以带衬经的角联锁结构为最佳, 而纬向力学性能以纬密大的角联锁结构为最佳; 三维机织角联锁复合材料具有很强的性能可设计性, 正确选择纤维原料、纤维细度、三维预制件的组织结构和各个纱线组分的排列密度, 即可达到预期的性能指标要求。  相似文献   

8.
采用落锤冲击测试方法对几种类型3D整体夹芯机织复合材料板材的抗冲击性能进行测试,将测试结果与2D机织层合板、典型3D机织复合材料的抗冲击性能进行比较,分析影响复合材料抗冲击性能的因素.最后采用SEM分析试样的破坏过程与损伤机理.结果表明:当承受相同的冲击力时,具有合适夹芯结构的材料质量要比典型的三维机织复合材料板材轻的多,即可以满足工程上对结构体本身轻质、高强度性能及能量吸收能量的要求;接结方式的不同将影响复合材料板材的抗冲击性能,贯穿接结复合材料的抗冲击性能优于分层接结的复合材料;复合材料的抗冲击性能将随着增强纤维拉伸强度的增大而增大;在落锤冲击条件下,预制件经、纬纱的织造密度对三维整体夹芯机织复合材料板材的抗冲击性能影响很大.  相似文献   

9.
三维机织C/C-SiC复合材料弹性性能预测   总被引:1,自引:0,他引:1  
试验研究了三维机织C/C-SiC复合材料的弹性性能,基于复合材料的扫描电镜(SEM)照片,分析了材料的细观结构的特点,并提出了一系列的假设,建立了三维机织C/C-SiC复合材料的细观力学模型,利用均匀化方法预测了复合材料的弹性常数,分析了材料的弹性性能随经纱倾斜角的变化规律.结果表明:预测结果与试验结果吻合较好,表明该...  相似文献   

10.
三维机织复合材料的一种梁单元细观力学模型   总被引:6,自引:3,他引:6       下载免费PDF全文
根据三维机织复合材料中纤维束排列和变形的周期性特点,推导了一种细观梁单元模型。该模型考虑了纤维束的拉 (压) 弯耦合效应和纤维束之间的相互作用,可以描述纤维束和基体中的细观应力分布,并得到宏观的力学性能。针对一种典型的三维机织复合材料,首先根据编织参数,确定其细观几何结构,取最小周期的一段纤维束作为分析胞元,用上述细观梁单元分析了该段纤维束在面内拉伸荷载下的细观应力分布,计算出平均模量, 并用材料试验和细观实体有限元对本模型进行了检验,结果与本文的预测吻合良好。研究表明,拉、弯耦合效应引起的纤维束中的细观弯曲应力同平均轴向应力相比,不可忽略。  相似文献   

11.
通过一系列的实验比较和分析研究, 客观评价了4 种不同结构碳/ 树脂3D 机织复合材料沿经向和纬向的拉伸性能。实验结果表明, 4 种3D 机织复合材料沿经向和纬向的负荷-位移曲线具有双线性, 初始模量高于二次模量; 3D 机织复合材料的拉伸曲线无屈服点, 是脆性材料; 3D 机织复合材料的力学性能优良,可同时在经向和纬向获得很高的拉伸性能; 加入衬经纱可以大大提高经向的拉伸强度和模量, 加大纬纱密度可以大大提高纬向的拉伸强度和模量; 4 种不同结构3D 机织复合材料中以带衬经和衬纬的复合材料拉伸性能为最佳。  相似文献   

12.
Green composites are the emerging materials made using natural fibers and environmentally degradable matrix such as green epoxy. Natural fiber composites are the motivation of researchers for low to medium impact applications as well as structural applications like automobiles. In this research work, 3D orthogonal layer to layer (LL) and through the thickness (TT) woven structures with different interlocking patterns, used as preforms in composites are presented. The mechanical properties of preform as well as associated composites are studied on equivalent fiber volume fraction. Jute yarn was woven into four layered 3D woven structures. The use of bridgeable and sustainable fiber, with its prospective use with the biodegradable matrix, is the objective of this work. The focus of this study is to improve mechanical performance by changing weave pattern, so that the resulting composite is robust in design.  相似文献   

13.
Due to their high flexibility, high tensile strain and high fracture toughness, polymer optical fibers (POF) are excellent candidates to be utilized as embedded sensors for structure health monitoring of fiber reinforced composites. In 3D orthogonal woven structures yarns are laid straight and polymer optical fiber can be easily inserted during preform formation either as a replacement of constituents or between them. The results of the previous paper indicated how an optic fiber sensor can be integrated into 3D orthogonal woven preforms with no signal loss. This paper addresses whether incorporating POF into 3D orthogonal woven composites affects their structure integrity and performance characteristics. Range of 3D orthogonal woven composites with different number of layers and different weft densities was fabricated. The samples were manufactured with and without POF to determine the effect of embedding POF on composite structure integrity. Bending, tensile strength tests, and cross section analysis were conducted on the composite samples. Results revealed that integrity of 3D orthogonal woven composite was not affected by the presence of POF. Due to its high strain, embedded POF was able to withstand the stresses without failure as a result of conducting destructive tests of the composite samples. Micrograph of cross-section of composite samples showed that minimum distortion of the yarn cross-section in vicinity of POF and no presence of air pocked around the embedded POF which indicates that 3D woven preform provided a good host for embedded POF.  相似文献   

14.
针对多向异型复合材料构件用3D整体预制体,基于衬经2.5D机织结构,提出5种近净形转向仿形编织工艺,设计并制备了具有典型引纱加纱结构的板条状预制体试样。采用计算机断层扫描法(Micro-CT),观测各系统纱线横截面形态变化和纱线取向分布规律,发现引出加入的纱线沿织物厚度方向挤紧状态发生改变,其横截面从椭圆形变成梯形,又变为三角形,经纱被引出和加入会造成与其接触的纬纱横截面变化。结合复合材料构件的实际承载工况,对具有5种引纱加纱结构的复合材料试样进行了经向抗弯性能测试,结果表明,复合材料的弯曲强度和弯曲模量保持率分别达到82.6%~95.7%和89.1%~97.9%。可见,立足于满足复合材料力学性能要求,发展预制体的三维整体仿形编织技术,是实现复杂形状复合材料构件材料/结构一体化制造的有效途径。   相似文献   

15.
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。  相似文献   

16.
A 2D modeling of textile composites is studied. The modeling is applicable to woven textile composites with flat fibers, used as reinforcing fibers of composite materials. Two 2D displacement fields are introduced, one for each layer of the fabric. The warp/weft interaction is taken into account by a nonlinear functional which characterizes the frictional contact. An explicit form of the warp/weft contact pressure is proposed. A numerical approximation of a solution of the variational problem is presented.  相似文献   

17.
2.5D机织复合材料抗分层、耐冲击,在航空发动机结构上具有巨大的应用前景。本文对一种2.5D机织碳纤维增强双马树脂基复合材料经向和纬向试件,开展了不同名义应力水平下的一阶弯曲共振疲劳试验。试验结果表明:经向试件的振动疲劳性能优于纬向试件,随着应力水平的提高,经向和纬向试件的寿命明显缩短,而固有频率下降百分比增加,试件内部的损伤严重程度和损伤扩展速度都随之提高。2.5D机织复合材料经向和纬向试件在共振疲劳试验过程中的主要失效模式是纱线与基体之间脱粘造成的结构完整性丧失,从而导致试件的刚度持续下降。试件内部损伤的三维电子计算机断层扫描(Computerized tomography,CT)重构图像表明,损伤散布于试件工作段区域,应力水平越高,2.5D机织复合材料经向和纬向试件内部损伤范围越大,损伤程度越高,而且纬向试件内部损伤状态比经向试件严重。利用双对数线性寿命模型,对经向和纬向试件在不同名义应力水平下的共振疲劳试验数据进行拟合,得到2.5D机织复合材料经向和纬向试件共振疲劳应力-寿命(Stress-life,S-N)曲线的数学模型,得到的S-N曲线可用于预测2.5D机织复合材料的寿命。  相似文献   

18.
采用瞬态热线法和闪光法分别测量了多种结构参数的三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数。通过对3D正交机织碳纤维/环氧树脂复合材料的有限元模拟可以看出,3D正交机织碳纤维/环氧树脂复合材料内经纱、纬纱和Z向纱的导热作用在不同的受热形式下会发生变化。采用瞬态热线法测量时,2.5D机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数低于2.5D经向增强结构,同时高于3D正交结构,而采用闪光法测量时,2.5D经向增强和3D正交碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数均小于2.5D机织结构。这是由于在使用不同的测量方法时,三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料内部相同的纱线系统在导热过程中所起的作用并不相同。随着纤维体积含量的提高,瞬态热线法和闪光法测得的2.5D机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数都在不断提高。由于经纱的屈曲,采用闪光法测量时,导热性能提升更加明显。研究结果表明,三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料在不同受热形式下具有不同的热响应机制。  相似文献   

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