层层接结三维角联锁机织复合材料的三点弯曲疲劳破坏

本文主要研究一种层层接结三维角联锁机织复合材料在三点弯曲交变循环载荷下的疲劳破坏与失效模式,以此阐述材料破坏的结构特征。在不同应力水平下对材料施加正弦波式应力进行三点弯曲疲劳实验,得到材料疲劳寿命(S-N)曲线,说明材料寿命与施加载荷之间的关系,随着应力水平的增加,材料的疲劳寿命呈现下降趋势。此外,观察材料的典型疲劳破坏模式,发现破坏主要集中于经纱屈曲起伏的最大曲率区域,应在结构设计中予以重点关注。     

三维角联锁机织复合材料弯曲抗疲劳性能有限元分析

使用三维绘图软件PRO/E 5.0绘制出三维角联锁机织复合材料结构模型,借助有限元软件ANSYS Workbench对该结构模型的弯曲疲劳性能进行分析。在复合材料弯曲静力学分析的基础上,添加疲劳工具对复合材料的抗疲劳性能进行分析,通过复合材料纤维、树脂各自的寿命、损伤分布云图分析复合材料的抗疲劳性能。结果表明:弯曲载荷作用下,复合材料与弯曲压头接触的位置表现出更大的弯曲应力;这些位置在较小循环载荷作用下较早发生破坏;与测试方向平行的纬纱较经纱发生更严重的破坏。     

三维角联锁复合材料弯曲性能的热老化特征

研究了三维角联锁碳纤维复合材料未老化及90℃、110℃、180℃老化16 d的弯曲力学性能。对比三维角联锁复合材料弯曲-挠度曲线、破坏形态及SEM纤维特征,分析老化温度对复合材料弯曲性能的影响。通过环氧树脂DSC分析、红外光谱分析说明老化温度对树脂热学性质、后固化现象及分子结构变化的影响。结果表明:环氧树脂老化过程存在后固化和热降解两种竞争机制,90℃老化16 d的复合材料后固化作用突出,与未老化复合材料相比其弯曲强度增大;110℃老化16 d的复合材料热降解作用占优势,材料起始破坏弯曲强度略有下降;上述两者弯曲模量基本不变,而180℃老化16 d的复合材料热降解剧烈,树脂与纤维之间严重脱粘,材料弯曲强度明显下降,弯曲模量减小。     

三维角联锁机织复合材料低速冲击破坏的有限元计算

测试三维角联锁机织复合材料低速冲击性能,得到复合材料在低速冲击过程中的载荷－位移曲线等。结合采用冲击接触定律、单元失效准则和材料刚度退化技术,建立复合材料低速冲击的三维有限元单胞模型。运用商业有限元软件ABAQus／Explicit,联合用户子程序（VUMAT）计算复合材料低速冲击破坏过程。比较有限元计算结果和实验结果,发现二者在载荷一位移变化规律和复合材料破坏形态上较为吻合。     

三维机织空芯结构复合材料的研究

众所周知，二维织物增强的复合材料有层间强度差的问题，为从根本上提高其损伤害限和可靠性，就需要提高材料厚度方向的整体性，三维机织空芯预制件应运而生。本文通过大量理论研究与织造实践，论述了三维机织空芯织物的整体织造技术、结构设计及复合工艺，为批量化生产奠定了基础。     

三维机织弯交复合材料细观结构研究及弹性性能分析

本文对三维机织弯交复合材料的细观几何结构进行了深入的研究，采用了椭圆形纤维束截面假设，详细研究经纱纤维束在织物表面与内部的不同。建立了一种新的三维机织弯交复合材料力学分析模型，并在此模型的基础上对其弹性常数进行了预测，讨论了结构参数和几何参数对三维机织弯交复合材料弹性性能的影响。通过实验值和理论预测值的对比，表明了分析方法的正确性。     

三维机织复合材料力学性能分析与研究

通过对三维机织复合材料几何细观结构的研究,分析了三维机织复合材料的力学性能,采用椭圆形纤维束截面假设并结合实际的纱线形态建立了一种新的三维机织复合材料力学模型,对三维机织复合材料的拉伸、压缩和层间剪切强度进行了理论分析,并与实验结果进行了对比,验证了力学模型的正确性。     

三维机织间隔复合材料结构对其力学性能的影响

以玻璃纤维为原料,设计3种不同结构的三维机织间隔织物,采用手糊成型工艺制备三维机织间隔复合材料,研究了其在压缩、剪切、弯曲等载荷作用下的力学特性,并分析了材料结构对其力学性能的影响。结果表明,相同高度(20 mm)、相同间隔(30 mm)的3种三维机织间隔复合材料的压缩强度和剪切强度均表现为:三维纤维间隔复合材料<"X"型间隔复合材料<三维织物间隔复合材料,其压缩强度分别为0.52,0.72,1.66 MPa,剪切强度分别为0.22,0.28,0.36 MPa;3种三维机织间隔复合材料的弯曲强度基本相同,均为4.30 MPa左右。     

三种复合材料夹芯结构在弯曲载荷下破坏行为研究

制备了帽型、泡型、工字型三种夹芯结构复合材料,研究三种夹芯结构在弯曲载荷下的响应行为,并利用有限元的方法研究夹芯结构在弯曲载荷下Von-Mises应力分布,利用Tsai-Hill屈服准则判定有限元模型的屈服情况,观察发生屈服的区域。结果表明,帽型夹芯结构具有最大的弯曲刚度与抗弯强度。三种夹芯结构发生破坏的区域不同,帽型夹芯结构破坏主要出现在压头区域、上面板的压头边缘区域、芯子压头正下方的拐角处;泡型夹芯结构破坏出现在芯子支撑区域;工字型夹芯结构破坏出现在下面板支撑区域。     

三维机织复合材料的织造技术

三维机织复合材料性能与增强体结构密切相关，而增强体结构由织造工艺决定。本文将重点阐述三维机织的织造工艺的种类及其特点，并对VABTM做简要介绍。     

缝合泡沫夹层结构复合材料三点弯曲性能研究

采用改进锁式缝合方法,在真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺基础上制备了缝合泡沫夹层结构复合材料,对其进行了三点弯曲测试,并对缝合参数对其弯曲性能的影响进行了实验研究。实验结果表明,在弯曲载荷作用下,其结构的失效大部分是由于芯材的剪切破坏,在缝合密度较大和纤维层较多的情况下,弯曲性能优异。采用缝合泡沫夹层结构可以提高复合材料的弯曲性能。     

四步法三维编织复合材料弯曲疲劳行为实验研究

采用MTS 810.23仪器对一种四步法三维编织复合材料结构在应力比为R(σmin/σmax)=0.1、频率为3Hz正弦波条件下进行三点弯曲疲劳测试,研究三维编织复合材料弯曲疲劳性能。通过实验仪器测试准静态三点弯曲和不同应力下三点弯曲疲劳性质得到Data数据,通过对数据分析获得σ-N曲线和最大最小挠度曲线,对比不同应力水平下材料破坏形态从而揭示材料弯曲疲劳机理。实验结果:50%应力水平下,试样经过106次以上的循环仍然没有破坏,80%、70%和60%应力下材料失效的圈数分别是12 833、50 370、101 652。材料疲劳加载下刚度降解和挠度变化趋势相似,材料弯曲疲劳极限为50%,材料σ-N曲线呈三段式,材料低应力水平下疲劳寿命离散性高于高应力水平。     

三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能研究

本文设计和制作了两种层间混杂结构的三维正交机织铜丝／玻璃纤维复合材料,分别为铜丝单面混杂和双面混杂复合材料。两种复合材料的拉伸性能和弯曲性能测试结果表明,单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化拉伸强度和模量分别为1214MPa和83GPa;高于双面铜丝／玻纤混杂复合材料44％和51％。单面铜丝／玻璃纤维混杂复合材料的归一化弯曲强度为964NPa,高于双面铜丝／玻纤复合材料27％。两者的弯曲模量比较接近,均为60GPa左右。由于铜丝的混杂效应,三维正交机织铜丝／玻璃纤维层间混杂复合材料的拉伸和弯曲性能与相同结构的玻璃纤维复合材料相比有一定的下降。     

夹层复合材料三点弯曲试验和有限元模拟分析对比

采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备了泡沫夹层复合材料,并测试了泡沫夹层复合材料在不同作用载荷下的位移;同时,采用有限元软件ANSYS Workbench在上述加载条件下对该材料进行数值仿真,并和实验结果进行对比分析.研究结果表明,在100~600 N载荷作用下,数值仿真结果和实验结果误差在10%以内,数据吻合良好,验证了该方法具有潜在的工程应用价值.     

2.5维机织复合材料疲劳寿命预测

对2.5维机织复合材料进行了静力分析,在受拉伸载荷的情况下将其视为经纱层和纬纱层组合而成的层合板。以单向板疲劳寿命预测为基础,考虑到疲劳加载过程中刚度退化导致的应力重新分配,采用Miner理论对其拉-拉疲劳寿命进行预测,且对该方法进行了试验验证,为预测2.5维机织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。     

三维正交机织复合材料弹道侵彻有限元模拟

测试复合材料弹道侵彻性质,得到复合材料弹道侵彻过程中子弹的入射速度和剩余速度及冲击破坏形态。基于复合材料的真实细观结构,建立细观结构模型,运用商用有限元软件ABAQUS/Explicit计算复合材料弹道侵彻破坏过程。研究发现三维正交复合材料不同破坏机制:三维正交机织复合材料不产生冲击分层,纤维断裂和基体开裂是主要吸能模式,复合材料冲击破坏是最主要的破坏模式。     

三维机织复合材料单胞模型各向异性的有限元分析

使用三维绘图软件Pro/E绘制出三维浅交弯联机织复合材料数字化结构模型,借助大型有限元分析软件ANSYS模拟单胞模型承受不同方向压缩载荷作用下的力学性能。探究在不同方向的压缩载荷作用下复合材料单胞模型的应力分布情况,并借此分析复合材料单胞模型的各向性能;以承受X方向压缩载荷的单胞模型为例,分析复合材料中纤维与树脂的受力情况。结果表明:三维机织复合材料受到压缩载荷时,表现出明显的各向异性,表现为X方向压缩性能最好,Z方向压缩性能最差;纤维作为主要承载体,承担较多载荷作用,树脂作为次要承载体,承担较少载荷作用。     

三维编织复合材料的细观结构与力学性能

归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型,分析、比较各结构模型的优缺点,从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展,探讨了细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题,并展望今后的研究重点与发展方向。     

三维编织复合材料T型梁弯曲疲劳性能研究

采用四步法三维编织以及VARTM技术制得三维编织复合材料T型梁,利用MTS 810.23仪器对材料进行准静态三点弯曲测试,使用频率为3Hz、应力比R=1的正弦波加载条件对材料进行弯曲疲劳测试。根据测得的数据分析获得S-N曲线、应力位移曲线以及最大最小位移曲线,材料在50%应力水平下其三点弯曲疲劳加载循环次数超过50万次。通过最终破坏形态可知,筋高处纤维的断裂是导致材料最终失效的主要破坏模式。     

三维正交机织复合材料准静态侵彻实验和有限元模拟

用钢制侵彻体对三维正交机织复合材料在MTS材料试验机上作准静态侵彻测试，得到的准静态侵彻位移一载荷曲线用来研究材料的能量吸收和破坏模式。根据三维机织复合材料的细观结构建立单胞模型，结合应力更新原理编写用户子程序（VUMAT）。利用ABAQUS有限元软件及用户子程序模拟实验过程，得到的位移一载荷曲线与实验对比，可以看出有限元计算得到的结果与真实实验比较吻合，表明单胞的建立和用户子程序的编写是正确的。