三维编织复合材料压缩损伤声发射特性分析

论述了声发射技术在三维编织复合材料压缩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压缩过程的特征。结果表明,声发射参数可描述复合材料在不同情况下内部变形的损伤机制。表面编织角是影响三维编织复合材料力学性能的主要参数,编织角小于30°,三维编织复合材料具有较好的压缩性能;编织角大于40°,三维编织复合材料压缩力学性能明显降低。为分析复合材料的力学性能,改善材料复合工艺提供理论基础。     

三维编织复合材料拉伸微变形的测量与损伤破坏声发射监测

为监测三维四向编织复合材料拉伸过程中的变形与损伤破坏行为,采用声发射(AE)与数字图像相关互补技术,有效获取复合材料表面局部微变形信息和内部损伤源动态演变特征。结果表明:当复合材料拉伸应变值增加到0.45%左右时,纱线交织区域开始出现明显应变集中;随应变水平进一步提高,应变集中分别向纱线横向、纵向扩展,伴随较多AE信号,出现刚度下降;在应变水平接近1.13%时,表面应变场形成以纱线为受载主体的锯齿形应变集中带;基于K-means聚类分析表明,复合材料基体开裂、纤维/基体脱黏和纤维断裂对应的AE幅度分别为40~60、55~100、40~90 dB;随编织厚度增加,复合材料皮芯结构外部区域占比降低,导致材料抗拉强度下降,但AE峰值幅度和频率无明显变化。     

三维管状编织复合材料的弯曲性能研究

以1 200 tex的E型玻璃纤维为原料,采用3DB-J100-8型模块化组合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聚醚胺组成树脂基体,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并观察材料的弯曲性能,研究编织结构、编织角等结构参数对三维管状编织复合材料弯曲性能的影响规律。结果表明:三维管状编织复合材料破坏特性均表现为明显的脆性破坏;三维五向管状编织复合材料的抗弯性能明显好于三维四向管状编织复合材料;三维管状编织复合材料的弯曲性能均随编织角的增大而增加。     

三维编织复合材料弯曲性能研究进展

总结三维编织复合材料弯曲性能测试的主要方法,从理论预测与试验研究两方面介绍三维编织复合材料弯曲性能的研究成果,比较不同预测方法的优缺点,探讨当前工作存在的问题,并对今后的研究趋势进行了展望。     

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。     

三维编织复合材料预制件表面编织角的检测与不匀分析研究

本文介绍了三维编织复合材料预制件表面编织角的民不匀分析的基本原理。该系统以ＣＯＤ为传感器,与微型计算机连接,进行三维编织事材料预制件表面编织角的检测,并对其进行不匀分析。本系统为改善三维编织复合材料预制件的加工工艺具有指导作用,同时本系统为纺织复合材料新的性能指标建立提供了有利条件,为纺织复合材料在各个领域的广泛应用提供理论基础。     

三维整体编织热塑性复合材料的研究

采用三维整体编织技术，将增强纤维与基体纤维混合编织成预制件，然后加压，加热成型，建立了制造这种热塑性复合材料的新方法，并研究了不同增强纤维含量对其拉伸性能的影响。     

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。     

三维编织复合材料结构性能分析

对四步法矩形截面三维编织结构进行了理论分析 ,得出 12× 6型编织物中纱线的运动规律。并讨论了三维编织结构的单元体模型。     

三维编织隐层复合材料纵向模量的预测

在建立三维编织隐层复合材料代表性体积单元的基础上，通过改进经典层合板理论，推导出了复合材料的面内纵向模量预测公式。     

四步法三维编织复合材料的动态拉伸性能

为研究四步法三维玻璃纤维/环氧编织复合材料在不同应变率下的拉伸破坏模式,对四步法三维玻璃纤维/环氧编织复合材料在准静态和高应变率载荷下的单向拉伸性能进行了测试。运用间接分离式Hopkinson拉杆(SHTB杆)测试了应变率在800~2 100 s-1范围内单轴向上的拉伸性能,同时测试了材料在准静态下的力学性能,并与高应变率下的力学性能做比较。结果表明:四步法三维玻璃纤维/环氧编织复合材料是应变率敏感材料;随着应变率的增加,其拉伸模量和最大应力都增加,而相应最大应力的应变则减小。     

二维编织包芯绳索的结构与拉伸性能

 针对空间网状可展开天线对高强高模绳索的需求,研制了二维编织包芯结构绳索。采用岛津万能试验机对不同编织工艺参数的试样进行了拉伸性能测试,分析了包芯绳索不同于其他结构绳索的拉伸断裂机制和破坏模式。结果表明：二维编织包芯结构绳索,外观均匀,结构稳定,纤维强力利用率高,可以满足绳索高强高模,低延伸率和轻质的要求;编织工艺参数对包芯绳索的强力和断裂伸长率影响较大,编织角大的编织纱对芯纱包缠紧密,芯纱纤维比例大的绳索可以发挥包芯结构的优势;试样在拉伸过程中,芯纱是主要的承力部分,编织纱对芯纱起到束缚和保护作用。     

Axial compressive deformation and damage of four-step 3-D circular braided composite tubes under various strain rates

This paper reports the axial compressive deformation and damage of three-dimensional (3-D) braided carbon/epoxy composite circular tubes under quasi-static and high strain rate loadings. Three kinds of 3-D circular braided composite tubes with different braiding angles of 25°, 35°, and 45° were tested under strain rates of 0.001/s, 330/s, 500/s, and 650/s. The stress–strain curves, deformation and damage of the braided tubes under axial compressions were obtained to analyze the compressive failure mechanisms and the influences of the braiding angles on the compressive behaviors. A finite element model based on the meso-structure of the braided preform and the braided composite was established to reveal the axial compressive deformation and damage mechanisms. The axial compressive behaviors were compared both in the finite element analyses (FEA) results and the tested data, and good agreements were found. From the FEA and experimental results, it was concluded that the compressions deformation, damage, and stress–strain curves are sensitive to the strain rate and the braided angles. The strain rate and braided angle are the key parameters for the design of the braided composite tubes with high compression strength.     

开孔三维编织复合材料的压缩性能

为研究机械开孔对三维编织复合材料压缩性能的影响,测试了2种三维编织复合材料试验件的压缩性能。1种为基本编织(100%编织纱)结构,另1种为含有编织纱/轴向纱(58/42)的结构,试验件编织角约为±12°。根据相关标准要求,分别进行有开孔和无开孔的复合材料试验件准静态压缩试验,并与层合板的压缩性能进行对比。研究结果表明:2种三维编织结构无缺陷材料的压缩强度较为接近,但引入开孔后,无增强纱结构可保留更高比列的压缩强度;引入开孔后,2种三维编织复合材料保留的压缩强度均高于层合板;在失效形式上,2种三维编织复合材料的宏观失效形式较为相似,均为剪切失效,表现出横向断裂且无分层现象。     

Numerical analyses of thermo-mechanical behaviors of 3-D rectangular braided composite under different temperatures

This paper reports numerical analyses of thermo-mechanical behaviors of three-dimensional (3-D) 4-step rectangular braided basalt fiber/epoxy resin composite materials under different temperatures from 60 to 210°C. In the braided composite, the basalt fiber tows were assumed as thermal insensitive material and the mechanical behaviors of the epoxy resin under different temperatures were tested and introduced in microstructure model of the 3-D braided composite. The thermal stress distributions in fiber tows and resins were numerical calculated based on the microstructure model. The influences of fiber tow orientations and braided architectures on the stress distribution along the axial direction and resins have been discussed to characterize the thermal stress under different temperatures. The residual stress in the braided composite induced from the temperature change is also analyzed for the application of the braided composite to different temperature environments. It is expected that such a numerical investigation could be extended to the design of 3-D braided composite applied to high temperatures.