二维编织复合材料力学性能分析研究进展

论述了二维编织复合材料力学性能研究进展,主要包括结构几何模型的研究、力学性能的实验研究和理论研究三部分。在细观结构研究中,选择代表性体积单元建立合理的简化几何模型是应用最为广泛的。在力学性能的研究中,主要分析弹性性能,分析方法以有限元方法为主。最后,总结研究存在的问题,并对未来的研究趋势进行展望。     

三维编织复合材料力学性能研究现状

对三维编织复合材料的力学性能研究现状进行了综述,研究内容大致归纳为细观结构特征研究、有限元仿真研究及实验研究。细观结构研究主要是研究单胞几何模型的建立和编织工艺与单胞结构模型的关系。有限元研究主要集中在利用有限元软件对细观结构模型进行力学分析、刚度强度性能预测。实验研究是运用实验的方法对材料的拉伸性能、弯曲性能及疲劳性能进行研究,并分析编织工艺参数和温度对其力学性能的影响。最后,对目前研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了展望。     

二维二轴编织铺层复合材料细观几何模型及拉伸模量的一种计算方法

建立了一套工程实用的二维二轴2×2编织结构的单层和多层的细观几何模型及拉伸模量的计算方法,分析复合材料的细观结构特征,考虑了编织纱束的实际横截面形态和屈曲起伏,还有实际编织工艺和成型固化,提出了单层和多层结构复合材料的细观几何模型,基于细观分析,建立了单层和多层二维二轴编织铺层复合材料等效力学模型和拉伸模量的计算方法,最终计算数值结果趋势上与实际情况一致,在具体数值上吻合度很好,表明该方法实际有效可行。结论表明,建立的细观几何模型能很好地表达单层和多层二维二轴2×2编织复合材料的结构特征,等效力学模型能够很好地反映复合材料的拉伸行为,建立的拉伸模量预测方法能够很好地导出拉伸模量。     

三维编织复合材料的力学行为研究现状

关于三维编织复合材料的细观几何模型以及力学性能的研究进展进行了综述,着重阐述了近年来该研究领域的一些学术成果,其中包括三维编织复合材料力学性能的实验和理论研究.实验研究则多以测试各种编织参数和载荷对其力学性能参数的影响规律,而理论研究则侧重介绍细观结构力学模型.最后,总结了目前研究工作存在的问题,并对未来发展趋势做出展望.     

2．5维编织复合材料的细观结构与弹性性能

介绍2．5维编织工艺的概念,归纳3种较有代表性的细观结构几何模型并对比各结构模型的优缺点,从理论计算与数值模拟两方面总结2．5维编织复合材料弹性性能预测的研究成果,最后分析了几何结构及经、纬密等工艺参数对纤维体积分数（体积含量）与复合材料弹性性能的影响。     

三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征

复合材料因其轻质、机械性能好及能量吸收性能高而广受关注。研究表明圆形截面复合材料管件物能量吸收性能优于方形截面的管件物,故目前复合材料管件研究对象高度集中在圆形截面,而对实用价值非常高的方形截面复合材料管件物的研究比较少见。从编织角以及编织方式方面着手,对方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的压缩特征以及能量吸收性能进行了探索性研究,分析了不同编织角的二维(2D)以及三维(3D)结构复合材料管在破坏过程中伴随的微观破坏,并讨论了其破坏机理的差异性。     

三向编织复合材料拉伸强度研究

在细、宏观结合的基础上研究了三向编织复合材料的拉伸强度。首先,对实际编织结构进行恰当的几何简化;其次,建立材料的细观力学理论分析模型;最终,借助于商用有限元分析软件成功实现了编织复合材料的拉伸强度仿真分析。计算结果得到了试验的验证。在此基础上,研究了编织几何参数(编织角和轴向纤维束与编织向纤维束大小之比)对于编织复合材料拉伸强度性能的影响。分析方法对研究编织复合材料结构力学具有重要的参考价值。     

动力有限元在三维编织复合材料弹道冲击性能研究中的应用

三维编织复合材料具有高的层间剪切强度,高的损伤容限和显著的抵抗裂纹扩展的能力。三维编织复合材料弹道性能的研究一般局限于实验观察阶段。本文运用数值计算方法对三维编织复合材料细观结构有限元模型进行弹道冲击性能研究,得出了合理的结果,说明了这种方法的有效性。     

纤维编织增强酚醛树脂基热防护材料研究进展

介绍了二维织物、2.5维织物、三维织物等纤维预制件的结构特性,分析总结了各种纤维预制件的发展及研究状况,综述了三维编织增强酚醛树脂基热防护材料及其树脂传递模塑成型工艺研究进展。总结了目前研究中存在的问题,并对未来的研究趋势进行了展望。指出三维编织复合材料是不分层的整体结构,其比强度、比模量高,力学性能和功能性优异,开展编织复合材料力学性能有限元分析、结构与功能一体化设计、低成本制造工艺等研究是十分迫切的。在此基础上,开展多种编织工艺、多种纤维混合编织也是新的研究方向,特殊形状的一次性编织复合材料的力学性能研究有待进一步深入。     

编织复合材料数值模拟方法

编织复合材料中纤维束在空间分布的复杂性,导致其与层合复合材料力学性能分析的本质差别.本文概述了编织复合材料的力学特点及其一般研究步骤,详细介绍了目前几种常见的数值模拟模型,分析了其存在的优缺点,依此指导计算模型的合理选择,使之能对编织复合材料进行较为精确的力学性能预报,并为今后的研究提供指导.     

编织结构复合材料力学性能的测试与分析

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究,得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明:三维编织复合材料具有良好的力学性能,而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响.这些结果为进一步研究复合材料的强度失效问题奠定了实验基础.     

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。     

三维四步法纱线不同运动式样编织复合材料力学性能分析

通过对三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料几何细观结构的研究,采用六边形纤维束截面假设,建立了一种三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料有限元3D模型,对其拉伸、压缩和剪切力学性能进行了理论分析,并与试验结果进行了对比,验证了有限元3D模型的准确性。     

Mechanical characterization of triaxially braided hybrid composites

The use of advanced composites has been expanded to the oil and gas industry. One of the newly developed technologies is in composite coiled tubing that offers the potential of exceeding the performance of metallic tubings. The high strains due to bending and the complex state of stress in these tubes necessitate the better understanding of the correlation between fiber architecture and tube performance. Braided composites can withstand high bending deformation without severe degradation of properties. In this study, braided hybrid composites are presented as an option for achieving high performance coiled tubing under tensile and flexural loads. The effects of material and fabric microstructural parameters on the mechanical behavior of braided hybrid composites are studied. The mechanical characterization of triaxially braided composites has identified the influence of the mechanical properties of the axial yarn, the axial yarn volume fraction, and the braid angle. Overall, this study provides a sound knowledge base for the design, fabrication, and characterization of triaxially braided composites for coiled tubing applications in the petroleum industry.     

纺织陶瓷基复合材料力学性能研究进展

纺织陶瓷基复合材料在航空航天器的热端部件有着广阔的应用前景.对近年来关于纺织陶瓷基复合材料力学性能的研究方法和内容进行了综述,归纳出3类主要研究方法:试验研究、力学模型研究、数值仿真研究.试验研究集中于测试各种参数对其力学性能指标的影响并探索其损伤破坏规律.力学模型研究主要有连续损伤力学和细观力学两种方法.数值仿真研究是基于材料的线弹性力学,利用有限元分析法对其力学性能进行数值仿真.提出了当前研究存在的问题和今后研究的发展方向.     

Effect of interfacial properties on the thermophysical properties of 3D braided composites: 3D multiscale finite element study

In this article, a new three‐dimensional (3D) finite element modeling is developed to investigate the effect of interfacial properties on the thermophysical properties of 3D braided composites. The yarn is considered as uniaxial fiber‐reinforced composites, and its effective thermophysical properties are obtained by a representative volume cell constructed using the collision algorithm. In addition, based on the periodic nonadiabatic temperature boundary conditions and displacement boundary conditions, the thermophysical properties of 3D braided composites are predicted and compared with the experimental results, in which a good agreement is achieved. A comparison is conducted between the effect of interfacial properties on the thermophysical properties of 3D four‐directional (4D) braided composites and that of 3D5D braided composites. The results acquired show that the interfacial properties are significant factors that affect the thermophysical properties of 3D4D braided composites, but they have no obvious effects on the thermophysical properties of 3D5D braided composites. POLYM. COMPOS., 35:1690–1700, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers