三维编辑复合材料中纱线的运动规律及细观模型

三维编织复合材料中纱线的编织过程是通过携纱器的间歇运动,使编织纱线披此相互交织,编织纱线趋向于沿携纱器运动的方向运动,本文采用最小二乘法拟合携纱器的运动趋势线,系统地分析了编织过程中纱线的空间运动规律。在此基础上,获得的预制件细观结构单胞模型包含内部单胞和表面单胞。单胞的取向平行于预制件的表面,有利于材料的力学性能分析。     

三维四向编织复合材料弹性性能细观分析

从四步法 1× 1编织复合材料细观结构的代表性单胞模型入手 ,将预成形件划分为三个不同的区域 ,识别预成形件的两种局部单胞 (内部单胞和表面单胞 )模型 ,将单胞中的四个不同方向的纤维束看成是空间四个不同方向的单向复合材料 ,纤维束的性能可以等价于单向复合材料的宏观性能。采用复合材料中的细观力学分析方法 ,计算单向复合材料的弹性常数。认为每一纤维束的纤维体积含量与整个单胞的纤维体积含量相等。研究了三维编织复合材料代表性单胞模型的弹性常数预测 ,探寻三维编织工艺参数与力学性能之间的关系 ,利用刚度体积平均概念 ,预测三维四向编织复合材料的弹性常数 ,理论值与试验值取得了理想的吻合。     

三维编织复合材料几何建模及有效弹性模量预报

重点介绍了三维四向编织复合材料的有效弹性模量预报方法,将三维四项编织复合材料的单胞划分为一些矩形的体单元,然后利用高斯积分点处的材料参数计算单元的刚度矩阵,最后由单元的刚度矩阵形成单胞的整体刚度矩阵,进而对三维四项编织复合材料的有效弹性模量进行预报。     

三维多向编织复合材料弯曲模量的理论预测

基于单胞分析模型,采用改进的刚度平均化方法,对三维四向和五向编织复合材料的各单胞及各层的弹性性能进行预测与分析;进一步,利用材料力学理论,推导材料的弯曲模量,分析编织角、纤维体积含量以及试件尺寸对其的影响,并与拉伸模量及试验值进行比较.结果表明,三维编织复合材料的不同胞体及各层之间的弹性性能存在较大差异,并且材料的弯曲模量大于拉伸模量.研究还表明,编织角和纤维体积含量是影响材料弯曲模量的重要参数,弯曲弹性性能受试件厚度的影响比宽度大,当宽度和厚度达到一定尺寸时,弯曲模量会趋于定值.此外,三维五向编织复合材料的弯曲弹性性能明显优于三维四向编织复合材料.     

三维编织复合材料细观几何建模及动态力学性能的研究进展

三维编织复合材料因内部存在由连续纤维束形成的空间网状结构,相比于传统层合复合材料具有更高的层间强度,相比于金属材料具有更高的抗冲击损伤和抗裂纹扩展能力.详细介绍了三维编织复合材料的细观几何建模方法,综述了三维编织复合材料动态拉伸、压缩性能,动态失效准则以及高速冲击性能等方面的研究进展,指出三维编织复合材料在细观几何建模...     

三维编织复合材料拉伸模量的有限元分析

利用改进的单胞模型对三维四向编织C/QY9511复合材料的拉伸行为进行有限元模拟,得到其在固定编织角下拉伸模量随纤维体积含量变化的曲线,并与实验值进行比较;结果表明,随着纤维体积含量的增加,其拉伸模量也在增加.     

三维编织复合材料拉伸性能试验研究

通过单向拉伸试验 ,从宏观角度研究了三维编织复合材料的力学行为。研究选用了两种增强纤维、两种编织角、两种纤维体积含量等不同工艺参数所组成的 16组试样 ,进行力学性能试验 ,探寻三维编织工艺参数与力学性能之间的关系 ,确定适合于编织复合材料的力学性能试验方法     

三维四向编织复合材料参数化单胞模型建立及弹性规律数值预测

基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)采用规则六面体单元建立参数化的三维四向编织预制件网格模型。提出增强相单胞网格提取算法,实现三维四向编织复合材料增强相参数化单胞网格模型的提取。在增强相单胞网格提取算法中,针对单胞边界面与单元的相对位置关系归纳出的单元分割情况共有36种,其中六面体14种、三棱柱19种、四面体3种。基于Fortran语言编写单元提取和再重组程序,通过ANSYS代码数据库接口实现Fortran程序与ANSYS软件间高效的数据传递。计算纱线填充因子对三维四向编织复合材料单胞纤维体积分数的影响关系。联合区域叠合技术与增强相单胞网格提取算法,通过施加应力加载的周期性边界条件,预测三维四向编织复合材料的弹性性能,数值预测结果与试验吻合较好,并进一步得出编织角和纤维体积分数对三维四向编织复合材料弹性性能的影响规律。     

三维四向编织复合材料有效弹性模量的预测

应用细观力学方法对三维编织结构复合材料的有效弹性模量进行预测。选择平均法 (SAM)综合了刚度平均和柔度平均的特点 ,在代表单元内进行等应变、等应力假设。本文沿用并发展了这一方法 ,将其应用于三维四向编织复合材料有效弹性模量的预测。预测结果在理论解上下限内 ,并与实验值吻合很好。     

三维编织复合材料高速飞轮的极限转速

通过对三维编织复合材料圆柱型结构进行应力分析，对三维编织复合材料高速飞轮的极限转速进行了理论推导和数值计算。结果表明，在保证强度的前提下，三维编织复合材料飞轮能够达到很高的极限转速，完全能够满足飞轮电池的储能使用要求。     

三维编织C/SiC复合材料弹性常数预报

基于纤维倾角模型 ,根据层合板理论推导出其弹性常数计算公式。三维编织C/SiC复合材料不同于树脂基复合材料 ,一是纤维模量低于基体模量 ,二是碳纤维在高温沉积热解碳和碳化硅后模量有较大幅度的下降 ,还有较多的空洞存在。考虑到这些因素对三维编织C/SiC复合材料弹性性能的影响 ,编制了相应的C语言计算程序 ,预报了三维编织C/SiC复合材料的纵向弹性性能 ,对程序计算结果进行了分析讨论。另外 ,通过力学实验来验证了理论分析的可靠性。     

三维编织陶瓷基复合材料的断裂韧性

纤维与基体之间的弱化界面能够增加陶瓷基复合材料的韧性,却使得裂纹在编织CMC界面上扩展.在对编织CMC断裂试验的形态观察基础上,本文从界面断裂理论上剖析了编织结构,研究了材料的裂纹扩展路径以及侵入角γ对材料断裂韧性的影响,提出了用能量释放率表征三维编织陶瓷基复合材料断裂韧性的方法,为实验分析提供了一条计算道路.     

圆管状三维编织复合材料多尺度耦合分析

在建立圆管状三维编织复合材料多尺度模型基础上,对其多尺度耦合进行数值分析。通过对微、细观单胞的分析,逐级得到纤维束的平均弹性常数和编织复合材料的平均弹性常数。然后由相反方向建立应力之间的传递,选取一种有代表性的宏观圆管结构进行载荷和应力分析,估计出结构中关键部位微、细观的应力状态,为编织复合材料的强度和损伤分析提供参考。     

三维编织复合材料渐进损伤及拉伸强度数值预测

基于区域叠合技术和与材料断裂能相关的损伤演化模型对三维四向编织复合材料的渐进损伤演变过程及拉伸强度进行数值预测。结合基于Fortran语言编写的单胞增强相网格提取算法,实现了参数化单胞增强相网格模型的快速建立。基于Murakami损伤理论建立了正交各向异性损伤本构模型,利用等价位移控制相应模式下损伤的演变发展,分别模拟了典型大小编织角三维四向编织复合材料的细观损伤起始、扩展和最终失效过程。数值预测结果与实验结果吻合较好。     

三维编织碳/碳复合材料(C/C)的拉伸性能及损伤

C/C复合材料具有优异的高温性能 ,采用编织结构可改善其受外载时的内部应力状态 ,提高力学性能。但是 ,三维编织 C/C复合材料结构、组织的多样性 ,加大了其性能及损伤研究的难度。本文主要研究了三维编织 C/C复合材料的拉伸性能及损伤扩展过程 ,分析了影响性能的主要因素 ,并总结了材料的损伤破坏方式     

聚四氟乙烯编织复合材料摩擦温度与磨损特性

在高频压摆摩擦磨损试验机上对自制聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene,PTFE)编织复合材料进行摩擦学性能试验,研究摩擦温度与摩擦磨损特性的关系。试验结果表明:摩擦温度对PTFE编织复合材料的摩擦因数影响显著,摩擦温度在30～60℃范围内升高,摩擦因数有明显的降低趋势,在65～210℃范围内摩擦因数处于稳定阶段,210℃是摩擦因数的突变摩擦温度。通过扫描电子显微镜对不同工况下产生的磨屑进行显微分析表明:高温下产生的磨屑与低温下的磨屑明显不同,低温下产生的磨屑为细小的片状,高温下产生的磨屑以大片的断裂纤维为主,材料磨损严重。PTFE编织复合材料的耐磨性受摩擦温度影响较大,200℃是PTFE编织复合材料磨损率的转折点。为保证该PTFE编织复合材料良好的摩擦磨损性能,摩擦温度动态监测值不能超过200℃。     

2D编织复合材料参数化分析和优化设计研究

基于C／SiC编织复合材料的微观结构形式,建立了包含不同尺度参数的C／SiC多尺度有限元分析模型;采用能量法预测了C／SiC复合材料的等效弹性常数,分析了不同参数对C／SiC力学性能的影响,从而建立了C／SiC复合材料多元多层微结构优化设计模型。计算结果表明,建立的有限元模型能有效地反应不同参数的影响,优化设计模型能有效地用于C/SiC复合材料为结构的设计。     

三维多向编织复合材料承力接头破坏模态

通过单向拉伸试验研究了三维多向整体编织复合材料单耳承力接头的破坏模式。试样选用T700碳纤维和环氧树脂,采用RTM(resin transfer molding树脂传递模塑)工艺制成。试验针对由3种编织工艺(三维四向编织、三维五向编织和三维六向编织)、两种连接孔加工方式(机械钻孔和编织孔)、两种几何外形所组成的十组三维编织复合材料单耳承力接头的破坏机理与破坏载荷进行了初步探索研究,并对其在航空结构中的可应用性做出了评估。