平面编织复合材料层压板的冲击失效行为

对复合材料层压板进行不同能量的落锤冲击试验,根据凹坑深度将冲击损伤分为无损伤、目视不可检、目视可检与穿透损伤4个等级。通过C-扫描检测、热揭层、损伤截面观察等方法,研究了不同等级损伤的失效特征、失效模式与失效过程。结果表明,不同等级损伤的失效模式不同,目视不可检损伤主要为分层失效,目视可检损伤主要为分层与基体开裂,穿透损伤主要为纤维断裂。损伤达到穿透前后的失效过程也存在差异。     

平面编织复合材料层合板低速冲击后的拉伸性能

对两种不同铺层形式的平面编织复合材料层合板低速冲击后拉伸性能进行了实验研究,在此基础上建立了有限元损伤扩展仿真模拟。在所建立的有限元模型中,将低速冲击损伤等效为形状规则的软化夹杂,并针对两种铺层形式采用不同的损伤判据和模量衰减准则。研究结果表明:该有限元模拟结果与实验结果符合,说明该模型能够准确地预测低速冲击后平面编织复合材料层合板的损伤扩展规律和剩余拉伸强度;不同铺层形式的平面编织复合材料层合板在低速冲击后拉伸的损伤扩展规律不同;它们的冲击后拉伸强度降均>50%,在复合材料结构设计中应该受到重视。      

平面编织复合材料层压板低速冲击后的压缩失效

采用超声C扫描检测、断口分析、有限元分析等方法研究低速冲击损伤对G803/5224与G827/5224两种平面编织复合材料层压板失效行为的影响。结果表明,低速冲击后压缩载荷作用下,G803/5224层压板最终为剪切分层失效,G827/5224层压板最终为剪切屈曲失效,两种层压板低速冲击后压缩的失效模式与未受损伤层压板基本相同。建立了平面编织复合材料层压板的损伤扩展与失效模型,该模型的计算结果与试验结果吻合较好,可用于平面编织复合材料层压板的失效仿真。     

三维编织复合材料的疲劳性能

研究了三维编织复合材料的疲劳性能和编织结构对疲劳性能的影响。进行了应力比为011 、实验频率为10 Hz 的拉2拉疲劳性能测试。结果表明, 三维编织复合材料的疲劳强度约为其抗拉强度的60 %～80 % , 比金属材料的疲劳强度的相对值高。编织角是影响三维编织结构复合材料疲劳性能的一个主要因素。随着编织角的增大, 疲劳过程中易出现各种损伤, 而且伴随明显的升温现象。编织角大的试件在疲劳实验过程中模量变化明显, 并且呈现逐渐升高的趋势, 这与金属材料的双模量变化规律不同。在疲劳次数为100 万次后, 试件的剩余强度高于静载拉伸强度, 这主要是由于在疲劳测试过程中, 试件内编织纱线的取向更接近受力方向所致。      

两维三轴编织结构复合材料的弹道冲击性能研究

树脂基复合材料的冲击性能与所用树脂、纤维、织物结构、纤维与树脂的界面性能和成型工艺有较大的关系。采用传统模压工艺制作的单向板和多向板在弹体的侵彻下,纤维容易被侧向挤压,致使断裂的纤维数较少,弹道冲击性能较差;而织物层压板由     

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

三维编织玻璃/环氧复合材料梁的低速冲击和冲击后压缩性能研究EI

试验制备了三维编织四向结构、五向结构和六向结构的玻璃纤维预制件增强环氧树脂梁的复合材料试样,每种试样包含20°、30°和40°三个编织角度.研究了编织结构和编织角参数对复合材料低速冲击及冲击后压缩性能的影响,分析了损伤后的试样形貌及破坏情况.试验结果表明:编织参数对复合材料的损伤容限影响较显著;编织角相同时,五向结构具有较高的CAI强度,而六向结构则表现出较好的冲击韧性;编织结构相同时,30°编织角试样的抗冲击性能较好;同时,冲击后压缩试样表现出脆性断裂特征.     

平面编织复合材料层板弹性性能的预测

本文在平面编织纤维增强树脂复合材料的单方向直波纹模型的基础上,分别采用经典层合板理论和有限元应变能等效方法,预测了平面编织复合材料层合板迭层对其弹性性能的影响。根据经典层合板理论,由对平面织物复合材料的单向直纹模型的上、下表面施加不同的约束条件,得出层板弹性常数变化范围。用有限元能量法,则预测出不同铺层数的编织复合材料层板的弹性性能。与实验结果比较,表明纵向模量的预测是可靠的。     

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。      

三维编织复合材料弹性性能的表面胞体效应

在作者已有的内胞模型基础上, 结合陈利等的面胞纱线走向及Chou 等对表面纤维束截面形状的描述,建立了由面胞和内胞组合的有限元分析模型, 比较真实地模拟了三维四向编织复合材料的真实结构。通过有限元计算预测了其弹性性能, 并同实验结果进行了比较, 分析讨论了三维四向编织复合材料的面胞对整体弹性性能的影响。研究结果证明了面胞在三维四向编织复合材料弹性性能有限元预测中的重要性。      

平面等角螺旋天线阵列/树脂复合材料的吸波性能研究

研究了含平面等角螺旋天线阵列复合材料的微波吸收特性,并对天线阵列的吸波机理进行了初步的探讨。结果表明:含平面等角螺旋天线阵列复合材料的吸波性能与天线的起始半径、外半径和两臂间电阻阻值密切相关,经合理设计,吸波材料的有效带宽达6.64GHz,最大吸收峰值-19dB。     

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。     

三维四向编织复合材料弹性性能的理论预测

在对三维四步(1×1)编织物结构分析的基础上,进一步完善了基元、面元和角元的三细胞模型,使修正后的模型实现了空间上的几何连续性,较为真实地模拟了编织预制件的纤维走向。然后,基于修正后的三细胞模型并采用刚度平均法预测了三维编织复合材料的弹性性能,通过与现有实验结果的比较,验证了该模型的适用性。      

损伤形式对三维编织复合材料拉压性能的影响

通过对损伤前后三维编织复合材料试件进行纵向拉伸和压缩实验, 分析了材料的拉、压刚度和强度的变化规律和失效形式。主要讨论了4 种损伤加工方案, 包括沿宽度方向单边切割、沿宽度方向双边切割、沿厚度方向单边切割及沿宽度和厚度方向同时切割。实验结果表明, 宽度方向损伤对拉伸强度、模量和压缩强度影响不大, 压缩模量下降了20 %左右; 厚度方向损伤对纵向拉伸、压缩强度和模量影响较大。编织角20°时, 拉伸、压缩应力-应变曲线接近于线性, 试件的失效方式趋向于脆性破坏; 编织角35°时, 压缩应力-应变曲线表现出一定的非线性。      

三维四向编织复合材料体胞模型的修正

基于弹性理论建立了三维四向编织复合材料的交叉模型。这种模型简单,易于计算,易于程序化,但弹性常数计算结果有一定误差。本文作者总结了影响三维编织复合材料弹性常数的因素,并首次对三维编织复合材料的交叉模型进行了两次修正。每次修正的原因与结果不同。首先对传统的单向复合材料的体胞模型进行修正;基于此,又考虑了编织体结构的纤维束的曲线弧度的影响,并应用正弦曲线模拟了纤维束的曲线弧度,对模型进行第二次修正。由修正后的交叉模型应用MATLAB计算了三维编织复合材料的弹性模量和拉伸载荷下纤维束截面的应力情况。由两次修正的交叉模型计算的弹性常数与试验结果符合较好。由应力大小分析了三维编织复合材料破坏的应力解释。      

编织复合材料弹性性能的细观分析及试验研究

基于细观分析与体积平均法建立了二维编织/RTM复合材料刚度的理论分析方法,该分析方法针对工程应用,具有计算量较小、计算精度高等优点,完成了相应的软件分析工具,并在此基础上对编织复合材料的弹性性能进行分析研究,得到了结构参数对编织复合材料整体力学性能的影响。通过与实验数据的对比表明,分析结果精度高,能够满足工程结构设计和理论分析的需要,为二维编织复合材料的设计、分析和减少试验件提供了理论分析方法。      

二步法三维编织复合材料弹性性能的有限元法预报

用有限元法预测了二步法三维编织复合材料的有效弹性性能。在二步法方型三维编织复合材料细观结构大单胞模型的基础上, 考虑复合材料中纤维束的连续性及其空间的交织效应, 用离散杆单元构成的桁架结构有限元模型等效代替复合材料承受单轴拉伸载荷时的受力响应。同时, 以轴向拉伸性能测试试样为对象, 应用有限元软件包MARC 的结构静力分析部分计算了轴向弹性模量和泊松比, 数值计算结果与实验结果一致性较好。参数分析结果表明, 轴向弹性模量随轴纱与编织纱线密度之比和节距长度的增加呈增加趋势。     

STF/UHMWPE复合材料的高速冲击性能

本文将分散相粒子纳米球形SiO2在一定分散条件下均匀分散在介质PEG200和PEG400中,制备剪切增稠液(STF),然后通过浸轧的方式将STF与二维超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物相结合制备STF/UHMWPE复合材料。为探究STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能,以UD布为基材制靶样,分别为纯UD布靶样,UD布二维织物靶样和UD布STF/UHMWPE复合材料靶样,为减小实验误差,每种靶样设计三个相同组份的样品。利用高速冲击试验测试三组不同靶样的抗高速冲击性能,通过比较高速冲击后靶样的凹陷深度和最大凹陷直径,得到STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能。结果表明,UD布STF复合二维UHMWPE织物靶样比纯UD布靶样凹陷最大直径减小37.68%,凹陷深度减小10.13%,UD布STF/UHMWPE复合材料靶样抗高速冲击性能最好;STF在高速冲击试验过程中可以有效地吸收冲击能量。     

碳纤维三维编织复合材料的结构对拉伸和弯曲性能的影响

研究了碳纤维四步法三维四向、三维五向编织结构复合材料的拉伸和弯曲性能,以及结构参数-编织角的变化对其拉伸和弯曲性能的影响,并与层合复合材料作了对比性研究.结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,其拉伸强度可达810MPa、拉伸模量可达95.6GPa,弯曲强度可达829.03MPa、弯曲模量可达67.5GPa.同时,编织角和编织结构对复合材料性能有较大的影响.随着编织角的增大,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量均减小;三维五向结构的拉伸、弯曲强度和模量均高于四向结构;在纤维体积含量相近的情况下,通过对编织角的设计,可以设计三维编织复合材料的性能.     

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。