三维管状编织复合材料的制备及轴向压缩性能研究

采用1 200tex的E-Glass纤维为原料,利用3DB-J100-8型模块式三维编织平台制备三维四向、三维五向管状编织物;以E51环氧树脂、H023聚醚胺组成树脂体系,与上述编织物复合制成三维管状编织复合材料;利用Instron 3385H型万能材料试验机测试材料的轴向压缩性能,观察材料压缩特性,并研究编织结构、编织角等结构参数对材料轴向压缩性能的影响。结果表明,三维管状编织复合材料的破坏特性表现为明显的脆性破坏;同时,材料破坏形式主要表现为树脂开裂、纤维断裂、界面脱粘等。三维四向、三维五向管状编织复合材料的轴向压缩性能均随着编织角增加而增强;三维五向编织结构轴向压缩性能明显好于三维四向结构。研究结果将为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定理论基础。     

三维全五向编织复合材料的压缩性能

以无碱玻璃纤维为原料,采用四步法1×1编织工艺在全自动模块组合式编织平台上制备三维五向及全五向编织物;以E51环氧树脂、70#固化剂(四氢邻苯二甲酸酐)为树脂基体,与编织物复合制备三维五向及全五向编织复合材料;并利用Instron万能材料试验机对比测试上述编织复合材料的压缩性能,研究轴纱、编织角、纤维体积分数等结构参数对材料压缩性能的影响。结果表明,编织复合材料的压缩性能随着编织角的增大而降低,随着轴纱、纤维体积分数的增大而提高;三维全五向编织复合材料的压缩性能明显好于三维五向编织复合材料。     

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与应变,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可供参考。     

编织结构对编织复合材料弯曲性能的影响

以玻璃纤维为原料,分别采用1×1、1×2、2×1和2×2的编织结构制备编织物;采用E51型环氧树脂、H023型聚醚胺为原料,以4∶1质量比复配成树脂体系;将上述编织物与树脂复合制成编织复合材料,借助Instron 3385H型万能材料试验机测试4种结构编织复合材料的弯曲性能。结果表明:4种结构编织复合材料具有相似的弯曲特性,弯曲应力随着应变的增加均呈现先增加再下降的规律;1×2结构的编织复合材料弯曲性能最好,1×1和2×2结构次之,2×1结构最差。     

T形截面三维编织复合材料细观结构分析及弯曲性能预测

根据矩形组合截面三维编织复合材料四步法编织原理,分析了T形截面编织物的纱线运动规律,按照载纱器的水平运动规律确定了纱线的空间运动轨迹,并用控制体积法建立T形截面交接区域的特殊细观结构模型。在假设纱线截面为椭圆形等理想状态下,建立了编织工艺参数之间的数学关系。运用弯曲刚度合成法预测了T形截面三维编织复合材料的弯曲性能,用MatLab编写了弯曲模量的计算程序。结果表明：弯曲模量随编织角的增大而减小,随纤维体积含量的增加而增大,三维五向T形截面梁的弯曲性能优于三维四向的。最后将预测结果与实验结果进行比较分析,结果证实用弯曲刚度合成法预测T形截面三维编织复合材料的弯曲性能是可靠的。     

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与应变,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可供参考。     

三维编织复合材料拉伸与弯曲声发射特征分析

论述了声发射技术在三维编织复合材料拉伸和弯曲过程中的应用以及试验方法,描述了三维编织复合材料拉伸与弯曲过程中声发射的特征。拉伸试验结果表明:编织角小的试件,其应力应变曲线基本为直线,损伤为脆性特征;编织角大的试件,应力应变曲线表现出双线性,各自呈现出脆性破坏特征。弯曲试验表明:小编织角复合材料的载荷挠度曲线保持线性关系;大编织角复合材料的载荷挠度曲线是非线性关系。     

具有三维编织结构碳纤维复合材料管件的能量吸收机理

以碳纤维与环氧树脂通过真空辅助树脂传递成型技术制备得到具有三维四向编织结构的管件物为研究对象,探究了编织角(30°、45°、60°)和编织结构中排纱层数(3、4、5层)对碳纤维复合材料管件在轴向压缩条件下吸能性能的影响.试验结果表明:采用三维编织结构可以阻止在厚度方向上裂纹的扩展;编织角的变化所引起的碳纤维复合材料管件的压缩模式以及能量吸收特性的变化较明显,而编织层数则无明显影响.     

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和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。     

碳/芳纶混编三维编织复合材料拉伸性能

为分析三维编织复合材料拉伸性能和失效机制,分别以碳纤维和芳纶纤维为轴纱和编织纱织造了三维五向、三维六向碳/芳纶混编复合材料。采用数字图像相关法采集试样在单轴拉伸过程中表面全场应变信息得到的泊松比。结果表明：三维编织复合材料泊松比受编织结构的影响较大,同种编织结构下,碳纤维为轴纱的复合材料基本保持了碳纤维三维编织复合材料的拉伸强度和模量,同时提高了断裂伸长率;芳纶纤维为轴纱的复合材料则显著提高了断裂伸长率,但拉伸强度和模量损失较为明显;同种混编方式下,三维五向编织复合材料的拉伸强度和拉伸模量较三维六向高,断裂伸长率无明显差异。编织纱分别为碳纤维和芳纶纤维的三维编织复合材料高应变区分别类似点阵分布和波浪线分布,三维五向和三维六向编织复合材料高应变区分别呈均匀分散分布和横向分布。